Холодильная техника и технология продуктов питания
ВЫСШЕЕ ОБРАЗОВАНИЕ
С.А.БОЛЬШАКОВ
ХОЛОДИЛЬНАЯ ТЕХНИКА
И ТЕХНОЛОГИЯ ПРОДУКТОВ
ПИТАНИЯ
УЧЕБНИК
Рекомендовано
Учебно-методическим объединением по образованию
в области товароведения и экспертизы товаров в качестве учебника
для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальности
351100 «Товароведение и экспертиза товаров» (по областям применения)
и другим технологическим специальностям пищевого профиля
по дисциплине «Холодильная техника и технология»
Москва
ACADEMA
2003
Рецензенты:
д-р техн. наук, профессор кафедры «Технологическое оборудование
и процессы отрасли» МГУПБ В. В. Илюхин; зам. директора ГНУ НИИПП и СПТ, канд. техн. наук В.Б.Пенпю
Большаков С. А.
Б 799 Холодильная техника и технология продуктов питания: Учеб ник для студ. высш. учеб. заведений / Сергей Алексеевич Боль шаков. — М.: Издательский центр «Академия», 2003. — 304 с.
ISBN 5-7695-1229-6
В учебнике содержатся сведения о назначении и устройстве холодильной техники, физических принципах получения низких температур, типах и циклах холодильных машин. Приведены основные и вспомогательные элементы холо дильных установок. Даны теоретические основы холодильной технологии, ме тоды расчета процессов холодильного консервирования, обработки и хране ния сырья и продуктов питания. Рассмотрены проблемы изменений, происхо дящих при обработке, хранении, размораживании, транспортировании и реа лизации охлажденных и замороженных пищевых продуктов.
Для студентов высших учебных заведений. Может быть полезен слушате лям институтов повышения квалификации, специалистам торговли и пищевой промышленности.
УДК621.56/.59
ББК31.392я73
Учебное издание
Большаков Сергей Алексеевич
Холодильная техника и технология продуктов питания
Учебник
Редактор О. Н. Кагановская. Технический редактор О. С. Александрова
Компьютерная верстка: Н. Е. Стаханова. Корректоры Л. А. Котова, Н. С. Потемкина
Изд. № A684-I/1. Подписано в печать 01.07.2003. Формат 60x90/16.
Гарнитура «Тайме». Печать офсетная. Бумага тип. № 2. Усл. печ. л. 19,0. Тираж 20000 экз. (1-й завод 1-5100 экз.). Заказ №12275.
Лицензия ИД № 02025 от 13.06.2000. Издательский центр «Академия».
Санитарно-эпидемиологическое заключение № 77.99.02.953.Д.003903.06.03 от 05.06.2003. 117342, Москва, ул. Бутлерова, 17-Б. к. 223. Тел./факс: (095)330-1092, 334-8337.
Отпечатано на Саратовском полиграфическом комбинате. 410004, г. Саратов, ул. Чернышевского, 59.
ISBN 5-7695-1229-6
Большаков С. А., 2003
Издательский центр «Академия», 2003
ВВЕДЕНИЕ
Природно-климатические условия России обусловливают се зонность производства продукции растениеводства и животновод ства. Сохранение ее пищевой и биологической ценности в тече ние длительного периода возможно только с помощью консерви рования. Выбор того или иного способа консервирования зависит от свойств продукта, возможностей поддержания его качеств и эффективности затрат на хранение.
Холодильное консервирование — эффективный способ обра ботки и хранения продуктов питания высокого качества. Не ме нее 40 % производимой в нашей стране сельскохозяйственной про дукции подвергается холодильной обработке для предотвращения порчи и сокращения потерь. Воздействие холода по сравнению с другими методами консервирования вызывает минимальные из менения первоначальных свойств продукции.
Наиболее распространенный и экономичный способ холодиль ного консервирования - охлаждение, позволяющее полностью сохранить потребительские свойства. Однако срок хранения ох лажденных пищевых продуктов ограничен. Это не позволяет со здать достаточные их запасы и обеспечить непрерывное снабже ние ими население.
Для увеличения продолжительности хранения продукты замо раживают, что существенно тормозит скорость протекания про цессов, влияющих на их качество. Замораживание и хранение в замороженном виде изменяют начальное качество продуктов, но позволяют сохранить их ценные свойства значительно дольше, чем охлажденных.
Характерной особенностью производства продуктов питания является то, что выработанная продукция необходима каждому из нас ежедневно. Перебои в снабжении населения продуктами питания отрицательно сказываются на всех сторонах жизни обще ства. Четкая работа пищевой промышленности немыслима без со здания достаточных запасов сырья и готовой продукции, т.е. без холодильного консервирования.
Холодильная техника — это отрасль науки, исследующая и раз рабатывающая различные способы получения искусственного холода, а также технические средства получения и применения холода.
Холодильная технология продуктов питания — отрасль науки, которая изучает рациональные и научно обоснованные способы использования холода в пищевой промышленности, решает зада чи сохранения сырья и продуктов питания с помощью холода и применения его в их производстве.
Задачи холодильной технологии как науки следующие:
- изучение влияния холодильной обработки и хранения на пи щевые продукты и определение оптимальных условий проведе ния технологических процессов (охлаждение, замораживание, хра нение и др.) с учетом особенностей продуктов и свойственных им изменений;
- разработка научно обоснованных методов снижения потерь массы продуктов при холодильной обработке и хранении;
- совершенствование и создание новых технологий холодильной обработки и хранения совместно с другими методами консерви рования, позволяющими минимизировать изменения свойств и потери массы продуктов.
Холодильная техника и холодильная технология базируются на знаниях из курсов термодинамики, механики, других наук физи ческого цикла, биологии животных и растений, микробиологии, химии органических и неорганических соединений, биологичес кой, коллоидной и физической химии.
Развитие холодильной техники и холодильной технологии как самостоятельных областей знаний началось с применения холода в пищевых отраслях промышленности и торговле. Искусственный холод для консервирования пищевых продуктов используется не многим более 100 лет. Первый крупный холодильник с машинным охлаждением был сооружен в Бостоне (США) в 1881 г. Первые холодильники в России построены в 1877 г. на рыбных промыслах Мурманского побережья, в 1888 г. — на промыслах в Астрахани, в Махачкале и других городах. Первый промышленный холодильник появился в 1895 г. в Белгороде, вместимость его составляла 250 т.
Начало исследованиям и научно-техническим разработкам в области холодильной техники и использования искусственного холода в пищевой технологии в России положил Ф.С.Касаткин в 1918 г. Были намечены основные направления новой отрасли прикладной науки — холодильной технологии и хранения про дуктов питания. С 1926 г. в РЭА (МИНХ) им. Г. В. Плеханова ве лась систематическая подготовка специалистов высшей квалифи кации по холодильной технике и холодильной технологии пище вых продуктов.
Значительный вклад в развитие холодильной техники и техно логии, систематизацию исследований и обобщение опыта работы холодильных предприятий внесли российские ученые М. В.Тухшнайд, Д.А.Христодуло, Я.Я. Никитинский, Д. Г. Рютов, Ф.В.Церевитинов, Н.А.Головкин, Г.Б.Чижов, Э.И.Каухчевили и др.
Сегодня в нашей стране создано развитое холодильное хозяй ство. В пищевых отраслях промышленности и торговле продуктами питания функционируют около 3,3 тыс. холодильников общей вместимостью свыше 7 млн т, в том числе около 2 млн т для хранения фруктов и овощей. Постоянно ведется строительство спе циализированных холодильников в местах производства сельско хозяйственной продукции.
В России создана и действует непрерывная холодильная цепь, которая позволяет сохранить массу и качество продовольствия на всех этапах товародвижения — от сбора или производства до по требления. Применение искусственного холода, совершенствова ние технических средств и методов холодильной обработки и хра нения сырья и продуктов способствуют снижению потерь, сохра нению их биологической и пищевой ценности.
Технологические процессы на холодильниках требуют больших материальных и трудовых затрат, так как термическая обработка и хранение продовольствия связаны с производством и использо ванием холода, операциями по приему, внутрискладскому перемещению, складированию и выдаче продовольственных грузов. Это определяет межотраслевые связи холодильного хозяйства с холо дильным машиностроением, приборостроением, химической про мышленностью, другими отраслями.
Своеобразие холодильного хозяйства проистекает из разнооб разия его звеньев, поскольку наряду с однородными предприяти ями (распределительные холодильники) в него входят холодиль ники предприятий агропромышленного комплекса (мясной, мо лочной, рыбной, пищевой промышленности и сельского хозяй ства) и потребкооперации. В оптовой и розничной торговле с по мощью искусственного холода хранится и реализуется значитель ное количество пищевых продуктов. В то же время холодильное хозяйство — это единый организационно-хозяйственный комп лекс, что обусловливается общностью задач всех его звеньев.
Холод широко используют не только в отраслях агропромыш ленного комплекса, на транспорте и в торговле, но и в других отраслях промышленности. Он применяется на предприятиях хи мической, горной, строительной, нефтеперерабатывающей, металлургической, текстильной, фармацевтической промышленно сти, машиностроения и др., в медицине, спорте, быту и т.д.
В учебнике «Холодильная техника и технология продуктов пи тания» рассматриваются физические основы и технические сред ства получения низких температур, устройство и теплотехничес кий расчет охлаждаемых сооружений, вопросы технической эксплуатации холодильников и холодильных установок, холодиль ная технология пищевых продуктов и использование холода в отраслях агропромышленного комплекса, торговле. Уделено внима ние принципам построения единой непрерывной холодильной цепи.
В последнее десятилетие произошли значительные изменения в холодильном машиностроении, номенклатуре оборудования, типах машин и конструкциях теплообменных аппаратов. Претер пели эволюцию охлаждаемые сооружения, их теплоизоляцион ные конструкции, схемы автоматизации холодильных установок, схемы и средства механизации грузовых работ. В холодильном транс порте заметную роль стали играть изотермические и охлаждаемые контейнеры. Расширилось использование искусственного холода в различных отраслях промышленности страны, появились более совершенные установки для охлаждения и замораживания пище вых продуктов. Все эти изменения учтены в настоящем издании.
РАЗДЕЛ I
ХОЛОДИЛЬНАЯ ТЕХНИКА
ГЛАВА 1
ФИЗИЧЕСКАЯ СУЩНОСТЬ И СПОСОБЫ
ПОЛУЧЕНИЯ ИСКУССТВЕННОГО ХОЛОДА
- Физические процессы получения низких температур
Охлаждение — процесс понижения температуры тела. Для охлаждения нужно иметь два тела: охлаждаемое и охлаждающее — источник низкой температуры. Охлаждение продолжается, пока между телами происходит теплообмен. Источник низкой темпера туры должен функционировать постоянно, так как охлаждение следует осуществлять непрерывно. Это возможно при достаточно большом запасе охлаждающего вещества или если постоянно вос станавливается его первоначальное состояние. Последнее широко применяется в холодильной технике с использованием различ ных холодильных машин.
Различают естественное и искусственное охлаждение. При ес тественном охлаждении теплота от более нагретого тела перехо дит к менее нагретому (среде). Искусственное охлаждение предпо лагает получение температуры охлаждаемой среды ниже темпера туры окружающей среды. Низкие температуры получают путем физических процессов, при протекании которых происходит по глощение извне теплоты без повышения температуры тела.
К основным физическим процессам, сопровождающимся по глощением теплоты, относятся фазовые переходы вещества: плавление или таяние при переходе тела из твердого состояния в жидкое; испарение или кипение при переходе тела из жидко го состояния в парообразное; сублимация или возгонка при пе реходе тела из твердого состояния непосредственно в газооб разное.
Искусственное охлаждение может быть основано и на других физических процессах, например адиабатическом дросселирова нии газа с начальной температурой меньшей, чем температура верхней точки инверсии; адиабатическом расширении газа с от дачей полезной внешней работы; вихревом эффекте.
Фазовый переход вещества при плавлении или таянии, испа рении или кипении, сублимации или возгонке происходит при соответствующих температурах и давлениях с поглощением зна чительного количества теплоты.
Для получения низких температур (но не ниже 0°С) может быть применен водный лед, который в условиях атмосферного давления плавится при 0°С и имеет сравнительно большую вели чину удельной теплоты плавления — 335 кДж/кг. Если давление ниже атмосферного, сублимация водного льда происходит при температуре ниже 0°С, что используют в сублимационной сушке пищевых продуктов.
Более низкие температуры плавления можно получить, сме шивая лед с некоторыми солями, например с хлоридом кальция (рис. 1).
Рис. 1. Диаграмма состояния системы
хлорид кальция - лед
Самая низкая температура плавления смеси хлорида кальция со льдом достигается в криогидратной (эвтектической) точке, которая равна -55 °С при массовой концентрации хлорида кальция = 29,9 %. Источником низкой температуры может служить твердый диоксид углерода (сухой лед), имеющий при атмосферном давлении темпе ратуру сублимации -78,5 °С и удельную теплоту 574 кДж/кг.
Более широко распространено получение низких температур с использованием процесса кипения. С помощью одного вещества можно получить определенный интервал температур, поскольку температура его кипения зависит от давления: с уменьшением давления температура кипения понижается, и наоборот. С помощью различных веществ можно получать низкие температуры в широ ком диапазоне. Процесс испарения используют, например, для понижения температуры воды или влажных поверхностей.
Адиабатическим дросселированием называют процесс необрати мого перехода газа (жидкости) с высокого давления на низкое (рас ширение) при прохождении через сужение поперечного сечения (перегородка с отверстием, пористая перегородка и т.д.) без совершения внешней работы и отдачи или получения теплоты.
Процесс протекает быстро, вследствие чего теплообмен с окру жающей средой практически не происходит и энтальпия (тепло содержание) вещества не изменяет ся. Полезная работа не совершает ся, так как работа проталкивания пе реходит в теплоту трения. Энталь пия — это функция состояния, рав ная сумме внутренней и потенциаль ной энергии давления (PV), где Р — давление; V— объем.
При адиабатическом дросселиро вании реального вещества в отличие от идеального вследствие изменения внутренней энергии производится работа против сил взаимодействия молекул. Это приводит к изменению температуры вещества. Изме нение температуры реального вещества при дросселировании на зывается эффектом Джоуля —Томсона.
В зависимости от начального состояния реального вещества перед дросселем температура его при дросселировании может уменьшаться, увеличиваться и оставаться без изменения.
Точка, соответствующая начальному состоянию вещества, в которой его температура при адиабатическом дросселировании не изменяется и, следовательно, изменяется знак температурного эффекта, называется точкой инверсии, а температура, соответ ствующая этой точке, — температурой инверсии. Точку инверсии можно определить, построив в координатах TV (температура — объем вещества) изобару и проведя к ней касательную из начала координат. При начальных температурах газа ниже температуры инверсии он при дросселировании будет охлаждаться, выше — нагреваться.
Большинство газов, за исключением водорода и гелия, имеют довольно высокую температуру инверсии (600°С и выше), поэто му практически для всех газообразных веществ в области, близ кой к критической, адиабатическое дросселирование приводит к понижению температуры.
При адиабатическом расширении газа с отдачей полезной внеш ней работы получение низких температур возможно при любом его состоянии, так как температура изменяется в сторону понижения. В отличие от адиабатического дросселирования в этом случае эффект возможен и для идеального газа, при этом понижение температу ры в процессе адиабатического расширения при прочих равных условиях бывает более значительным, чем при дросселировании.
Адиабатическое расширение газа в детандере (расширителе) используют для получения криогенных температур.
Вихревой эффект достигается в вихревых трубах при подаче в них по тангенциальному вводу сжатого воздуха, имеющего темпе ратуру окружающей среды. Скорость вращения воздуха в трубе обратно пропорциональна ее радиусу. Центральная часть вращаю щегося потока имеет большую скорость, чем периферийная, вслед ствие чего температура воздуха у стенок трубы выше, а в центре ниже, чем температура подаваемого в трубу воздуха. Можно полу чить потоки воздуха с низкой и высокой температурами, если разделить центральную и периферийную части потока. Это явле ние называется эффектом Ранка.
Таким образом, через определенный физический процесс мож но получить источник требуемой низкой температуры, необходи мый для охлаждения тела.
Низкие температуры (от температур окружающей среды до близких к абсолютному нулю) условно подразделяют на об ласть умеренного холода (до -103 °С, или 170 К), глубокого охлаждения (от -103 до -203 0С, или от 170 до 70 К), криогенные (от -203 до -272,7 °С, или от 70 до 0,3 К) и сверхнизкие (от -272,7 до -272,9992 °С, или от 0,3 до 8 · 10-4 К).
1.2. Способы охлаждения
Для получения холода используются безмашинные и машин ные способы охлаждения. Безмашинные способы охлаждения ос новываются на плавлении, испарении, сублимации.
В безмашинных способах охлаждения используются готовые хладоносители (водный, эвтектический и сухой лед, сжиженные газы, воздух). Установки, работающие на готовых хладоносителях, про сты по устройству и, следовательно, наиболее доступны, но они имеют существенные недостатки: полную зависимость от возмож ности и условий получения хладоносителей; большой объем гру зовых работ, связанных с зарядкой хладоносителями и поддержа нием гигиены в охлаждаемых помещениях.
Недостатки, свойственные безмашинным способам охлажде ния, отсутствуют у машинных способов, когда энергия (механи ческая, тепловая, электрическая) поступает извне.
По виду затрачиваемой энергии холодильные машины подраз деляются на компрессионные, теплоиспользующие и термоэлек трические. Компрессионные машины используют механическую энергию; теплоиспользующие — тепловую от источников теплоты, температура которых выше окружающей среды; термоэлект рические — электрическую.
При охлаждении в компрессионных и теплоиспользующих ма шинах теплота переносится в результате совершаемого рабочим телом — холодильным агентом (хладагентом) обратного кругово го процесса, а в термоэлектрических — при воздействии потока электронов на атомы вещества.
Охлаждение в термоэлектрических машинах основано на тер моэлектрическом эффекте, известном как эффект Пельтье, за ключающемся в том, что при пропускании постоянного электри ческого тока по замкнутой цепи, состоящей из двух разнородных проводников или полупроводников, один из спаев нагревается (горячий спай), а другой охлаждается (холодный спай). Для того чтобы холодный спай термоэлемента имел постоянную низкую температуру и был источником холода, горячий спай нужно ох лаждать. В этом случае система представляет собой холодильный агрегат, в котором электрический ток переносит энергию от хо лодного спая термоэлемента к горячему. Количество перенесенной энергии пропорционально силе тока в цепи термоэлемента. Изменение полярности электрического тока приводит к переме не мест холодного и горячего спаев. Основной показатель качества термоэлемента — коэффициент добротности (эффективности вещества), определяющий максимальную разность температур го рячего и холодного спаев. К достоинствам такого рода устройств можно отнести непосредственное использование электрической энергии для переноса теплоты без промежуточных веществ и ме ханизмов; бесшумность и автономность работы; компактность и простоту автоматизации и обслуживания. Однако они значитель но дороже других холодильных машин.
В зависимости от вида рабочего тела (холодильного агента) холодильные машины, в основе принципа действия которых ле жит обратный цикл Карно (см. подраздел 2.1), подразделяют на паровые и газовые.
В испарителе паровой холодильной машины происходит испа рение рабочего тела при переходе к нему теплоты от охлаждаемо го объекта, а в конденсаторе — его конденсация при переходе теплоты от рабочего тела в окружающую среду (в воздух или воду).
В качестве рабочего тела в паровых холодильных машинах ис пользуют аммиак и хладоны — фтористые и хлористые производ ные предельных углеводородов, в газовых — воздух.
В зависимости от способа подачи рабочего тела в конденсатор холодильные машины подразделяют на компрессионные, абсорб ционные, сорбционные и пароэжекторные. В компрессионных хо лодильных машинах рабочий цикл совершается за счет механи ческой работы компрессора, в абсорбционных, сорбционных и пароэжекторных — за счет затрат теплоты.
Для получения требуемых температур кипения и конденсации рабочего тела используют одноступенчатые, многоступенчатые и каскадные паровые компрессионные машины. Соответственно в одноступенчатых используют один, в многоступенчатых и каскад ных — два компрессора и более, которые обеспечивают осуще ствление холодильного цикла в каждой ступени машины. Для хо лодильной обработки и хранения пищевых продуктов в охлажда емых камерах используют преимущественно паровые компресси онные одно- и двухступенчатые холодильные машины.
ГЛАВА 2
ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ
ХОЛОДИЛЬНЫХ МАШИН
2.1. Термодинамический цикл холодильных машин
Для непрерывного охлаждения машинными способами поми мо охлаждаемого тела и приемника теплоты требуется третье тело, переносящее теплоту от первого ко второму. Это третье тело назы вается рабочим телом или холодильным агентом.
Холодильный агент, претерпевая ряд изменений, должен воз вращаться в первоначальное состояние, непрерывно участвуя в круговом процессе, или цикле. Подобный цикл называется тер модинамическим.
В отличие от прямого цикла (цикл тепловой машины), когда работа производится при переходе теплоты от более нагретого тела к менее нагретому, круговой процесс, в котором для передачи теплоты от менее нагретого тела к более нагретому необходимо подводить энергию (или теплоту), называется обратным циклом. Различают три вида обратного цикла (рис. 2):
холодильный 1—2—3—4, в котором теплота переносится от охлаждаемого тела с температурой Тн к окружающей среде с тем пературой Тос;
теплового насоса 5— 6— 7— 8, в котором теплота переносится от окружающей среды к телу с более высокой температурой Тв;
комбинированный 9— 10— 11— 12, состоящий из двух первых.
Если при осуществлении процессов, образующих обратный цикл, у взаимодействующих тел не наблюдаются остаточные из менения, т.е. эти процессы обратимы, то и обратный цикл обра тим. На осуществление обратимого цикла требуется минимум ра боты или теплоты, поэтому он является эталоном. Обратимый хо лодильный цикл 1—2—3—4, приведенный на рис. 2, показан на S— Т – диаграмме, где S — энтропия; Т — абсолютная температура.
Энтропия S — это отношение ничтожно малого количества теплоты q, сообщенной телу (или отнятой у него) в процессе изменения его агрегатного состояния, к абсолютной температу ре Т, при которой происходит это приращение теплоты, т.е. S = q / Т (Дж/К). Энтропию в тепловых процессах можно рассмат ривать как термический заряд, который не меняется в идеализи рованных обратимых циклах.
Рис. 2. Обратные циклы Карно
Как видно из рис. 2, цикл должен состоять из двух изотерми ческих и двух адиабатических процессов. Такой цикл называется циклом Карно. При этом холодильный агент должен получать теп лоту от охлаждаемого тела и передавать ее окружающей среде при постоянных температурах. Темпера туры холодильного агента и окру жающей среды должны отличаться друг от друга на бесконечно малую величину, так как разность темпе ратур необходима для осуществле ния теплообмена.
Точно так же обмен работой между холодильным агентом и ок ружающей средой должен проис ходить при бесконечно малой раз ности давлений.
2.2. Расчет цикла холодильных машин
В изотермическом процессе 4— 1 (см. рис. 2) каждый килограмм циркулирующего холодильного агента получает от охлаждаемого тела теплоту д0, которая называется удельной массовой холодопроизводительностью холодильного агента, выражается площадью а— 4—1 — b и равенством
q0 = TH (Sb – Sa). (1)
В адиабатическом процессе 1—2 при затрате работы /к холо дильный агент сжимается и его температура повышается от Тн до Тос. В изотермическом процессе 2— 3 каждый килограмм циркули рующего холодильного агента отдает окружающей среде теплоту q, измеряемую площадью а — 3 — 2—b:
q = To.c (Sb - Sa). (2)
В заключительном адиабатическом процессе 3— 4 холодильный агент расширяется с получением lK, в результате темпера тура его понижается с Тос до Тн.
Работа l превращается в теплоту, подводимую к холо дильному агенту, и определяется как разность работ: работы lк, затраченной на сжатие холодильного агента, и работы lр, полу ченной при его расширении:
l = lk – lp. (3)
В соответствии с первым началом термодинамики сумма энер гии, подведенной к холодильному агенту, должна быть равна сумме энергии, отведенной от него:
q = q0 + l. (4)
Отсюда
l = q – q0. (5)
В S— T - диаграмме работа цикла выражается площадью 1—2— 3--4.
Отношение теплоты, полученной холодильным агентом от ох лаждаемого тела q0, к работе цикла l называется холодильным ко эффициентом, который характеризует эффективность осуществ ления холодильного цикла:
= q0 / l. (6)
С учетом равенств (1) и (2) холодильный коэффициент можно выразить через температуры:
= TH / (Toc – TH). (7)
Из этого следует, что при температуре окружающей среды Тос затраты работы на единицу отведенной теплоты будут тем больше, чем ниже температура Тн. Совокупность технических устройств, обеспечивающих осуществление холодильного цикла, называется холодильной машиной.
Обратимый цикл теплового насоса также может быть представ лен циклом Карно 5— 6— 7— 8 (см. рис. 2).
В этом случае теплота q0, полученная 1 кг холодильного агента от окружающей среды, соответствует площади с— 8— 5— d, а теп лота qb, отданная телу с высокой температурой Тв, выражается площадью с— 7—6—d.
Работа цикла l = qb – q0 соответствует площади 5— 6— 7— 8.
Эффективность цикла теплового насоса определяется отноше нием полученной теплоты к затраченной работе:
= qb / l
или через температуру:
= ТB / (ТВ – Тo.c). (8)
Это отношение называется коэффициентом преобразования теп лоты .
Как следует из этого выражения, величина всегда больше еди ницы. Это свидетельствует о том, что с энергетической точки зрения для отопления целесообразно применять цикл теплового насо са, а не электрический нагреватель. Но при этом надо учитывать, что стоимость холодильного оборудования выше, чем теплового.
Работа комбинированного обратного цикла соответствует пло щади 9— 10— 11— 12, а отведенная от охлаждаемого тела тепло та — площади е—12— 9—f. По такому циклу могут работать ма шины, одновременно охлаждающие (например, пищевые продук ты) и нагревающие (воду или воздух) для технологических либо бытовых целей.
В случаях, когда температура охлаждаемого тела переменна, а окружающей среды постоянна, надо иметь в виду, что холодиль ный коэффициент цикла Карно будет меньше, чем холодильный коэффициент соответствующего обратного цикла при неизмен ной температуре охлаждаемого тела.
Реальные циклы необратимы вследствие необратимости дей ствительных процессов, происходящих при их осуществлении: теплообмена при конечной разности температур, расширения и сжатия при наличии трения, дросселирования.
Термодинамическое совершенствование цикла определяется сопоставлением его с обратимым циклом, имеющим ту же вели чину удельной массовой холодопроизводительности, и оценива ется коэффициентом обратимости , равным отношению их хо лодильных коэффициентов:
= / обр = lобр / l, (9)
где , обр — холодильный коэффициент соответственно реально го и обратимого циклов; lобр , l — работа соответственно реального и обратимого циклов.
Холодильный коэффициент обратимого цикла Карно обр боль ше холодильного коэффициента любого из циклов, осуществляе мых в тех же температурных пределах, поэтому < обр и < 1. Чем больше необратимость (приращение энтропии) цикла, тем большую работу надо затратить для получения одного и того же полез ного эффекта.
2.3. Принцип действия паровых компрессионных
холодильных машин
Одноступенчатые холодильные машины. При работе паровых ком прессионных холодильных машин цикл совершается в области влаж ного пара холодильного агента, где изобары совпадают с изотер мами, что позволяет теоретически рассмотреть цикл Карно.
Функциональная схема паровой одноступенчатой холодильной машины и обратимый цикл Карно, совершаемый ею, приведены на рис. 3.
Рис. 3. Функциональная схема паровой одноступенчатой холодильной
машины с детандером и дросселем и циклы ее работы:
а — схема машины; б — диаграмма работы машины
Жидкий холодильный агент кипит в испарителе И при посто янной температуре ТK (процесс 4—1), в результате чего от охлаж даемого тела, например воздуха, отводится теплота. При кипении холодильного агента происходит поглощение значительного количества теплоты.
Образовавшийся пар вместе с небольшим количеством неиспарившегося холодильного агента адиабатически сжимается в компрессоре КM до давления РK (процесс 1—2) и поступает в кон денсатор Кн, конденсируясь при постоянной температуре Тк (процесс 2— 3) и отдавая поглощенную в испарителе теплоту окружа ющей среде — воздуху или воде. Жидкий холодильный агент ади абатически расширяется в детандере Д до давления Ро (процесс 3—4), совершая при этом полезную работу.
Количество отведенной 1 кг холодильного агента теплоты q0 в испарителе определяется на S—T-диаграмме площадью а—4—1—b и может быть представлено как разность энтальпий i1 – i4. Количество теплоты qобр, отданное 1 кг холодильного агента в конденсаторе, определяется площадью a — 3—2—b или разностью энтальпий i2 - i3.
Работа цикла lобр может быть определена разностью работ комп рессора и детандера:
lобр = lK – lp. (10)
Работа компрессора и детандера может быть записана
lk = i2 – i1 и lр = i3 – i4. (11)
Холодильный коэффициент цикла обр0 может быть выра жен как
обр0 = qобр0 /lобр = (i1 – i4) / [(i2 – i1) – (i3 – i4)]. (12)
Рассмотренный цикл Карно является обратимым. Однако осу ществить его практически трудно, так как работа, полученная в детандере, значительно меньше работы, затраченной в компрес соре, ибо жидкость практически несжимаема, а удельные объемы жидкости и пара различаются в сотни раз.
Следует иметь в виду и то, что часть работы детандера тратится на преодоление сил трения, поэтому вместо детандера в паровой холодильной машине используется дроссельный (регулирующий) вентиль ДВ, изображенный на рис. 3 штрихами. Дроссельный вен тиль прост в устройстве и надежен в эксплуатации.
Вследствие замены детандера дроссельным вентилем в цикле появляется необратимый процесс дросселирования 3—4, прохо дящий без производства работы и теплообмена с окружающей средой, т.е. при постоянной энтальпии, поэтому i = i4.
При адиабатическом дросселировании работа расширения пе реходит в теплоту трения, поэтому часть циркулирующего жид кого холодильного агента, пропорциональная выделенной тепло те, превращается в пар. В испаритель холодильный агент поступа ет в виде парожидкостной смеси. Поэтому только часть циркули рующего холодильного агента кипит в испарителе, воспринимая теплоту от охлаждаемого тела, вследствие чего удельная массовая холодопроизводительность холодильного агента уменьшается на величину, соответствующую площади а—4—4'—с:
q0 = i4’ – i4. (13)
Удельная массовая холодопроизводительность холодильного агента в этом случае:
q0 = qобр0 - q0 = (i1 – i4) – (i4’ – i4) = i1 – i4’. (14)
Работа цикла будет больше, чем обратимого:
l = lк – lобр + lp = i2 – i1. (15)
Холодильный коэффициент цикла
= q0 / l = (i1 – i4’) / (i2 – i1). (16)
Как видно, замена детандера дроссельным вентилем приводит к уменьшению удельной массовой холодопроизводительности хо лодильного агента, холодильного коэффициента и увеличению работы цикла.
В циклах 1—2—3—4 и 1—2—3—4’ влажный пар выходит из испарителя и поступает в компрессор. Это уменьшает производи тельность компрессора вследствие повышения удельного объема всасываемого пара и падения давления, возникает опасность ава рии компрессора в результате гидравлического удара. Чтобы избе жать этого, холодильные машины должны работать так, чтобы из испарителя выходил сухой насыщенный или перегретый пар, а в компрессор поступал перегретый пар холодильного агента. Это можно осуществить в цикле 1’— 2’— 3— 4’ со всасыванием в комп рессор сухого насыщенного пара.
Для сжатия пара обратимым путем необходимо провести два процесса сжатия: адиабатическое 1’ — 2" и изотермическое 2” — 2, для чего требуется два компрессора. Хотя необратимые потери в цикле 1’—2’—3—4’ больше, чем в цикле 1’—2’’—3—4’, так как холодильный агент передает теплоту окружающей среде в про цессе 2’— 2 при конечной разности температур, на практике реа лизуют цикл 1’—2’—3—4’, так как для него достаточно одного компрессора.
Удельная массовая холодопроизводительность холодильного агента в обоих циклах одинакова:
q0 = i1’ – i4’. (17)
Но количество теплоты, отданной 1 кг холодильного агента в конденсаторе окружающей среде, и работа цикла 1’ —2’— 3—4’ будут больше, чем в цикле 1’—2’’—3--4’, на величину площади 2—2’—2’’. Холодильный коэффициент цикла 1’—2’—3—4’ определяется как
= (i1’ – i4’) / (i2’ – i1’). (18)
и будет меньше, чем коэффициент цикла 1’— 2’’ --3—4’.
При всасывании в компрессор перегретого пара (цикл 1а — 2а — 3—4’) удельная массовая холодопроизводительность холодильного агента увеличивается, но в большей степени возрастает работа цикла, поэтому необратимые потери увеличиваются. Их можно сократить. Так, необратимые потери, связанные с дроссе лированием хладагента, могут быть уменьшены его охлаждением перед дросселированием (процесс 3—3') до температуры ниже температуры окружающей среды. Это можно осуществить, напри мер, артезианской водой, температура которой ниже температу ры окружающей среды. В таком случае удельная массовая холодо-производительность холодильного агента возрастет на величину i4 – i4’’, а величина работы цикла не изменится.
Жидкий холодильный агент перед дросселированием можно охладить также паром, выходящим из испарителя в регенератив ном теплообменнике, осуществив цикл, называемый регенера тивным. Однако при этом температура всасываемого в компрес сор (точка 1а вместо 1’) и нагнетаемого в конденсатор (точка 2а вместо 2') пара повышается, что увеличивает необратимые поте ри так называемого перегрева.
Теоретически выгоднее влажный ход компрессора, так как при этом цикл ближе к идеальному циклу Карно. Однако практически производительность компрессора при влажном ходе всегда и для всех холодильных агентов значительно ниже, чем при сухом ходе, т.е. при всасывании сухих насыщенных паров или несколько пе регретых при том же давлении кипения Ро. Отсюда получаем тео ретический цикл современной паровой компрессионной машины на S—T-диаграмме в виде 1а — 2а—3’— 4". Сейчас почти во всех холодильных машинах компрессоры работают при сухом ходе.
В машинах, работающих на аммиаке, этот режим работы ком прессора достигается при помощи специального аппарата — от делителя жидкости либо путем регулирования подачи холодиль ного агента в испаритель. Отделитель жидкости включается во всасывающую линию холодильной установки между испарителем и компрессором.
В хладоновых установках сухой ход компрессора достигается при помощи специальных теплообменников или путем регулирования подачи холодильного агента в испаритель.
Эффективность работы машины оценивается ее холодильным коэффициентом и холодопроизводительностью, которые зависят от типа и конструкции установки, вида и свойств холодильного агента, конструкции компрессора, а также условий работы. Под условиями работы холодильной машины подразумевают темпера туру кипения холодильного агента в испарителе t0, температуру конденсации сжатых паров агента в конденсаторе tK, температуру переохлаждения жидкого холодильного агента, поступающего в регулирующий вентиль tп.
Чем выше температура кипения t0, чем ниже температура кон денсации паров tK и температура переохлаждения tп, тем больше холодопроизводительность установки. Однако все эти изменения надо проводить в разумных пределах. Так, например, понижение температуры кипения холодильного агента t0 в хладоновой комп рессионной машине с -15 до -30 °С не повысит, а понизит ее холодопроизводительность в 2 раза. Это объясняется тем, что с понижением t0 уменьшаются давление кипения Ро и удельный вес паров, поступающих в компрессор. В результате снижается произ водительность компрессора.
Следовательно, без необходимости не нужно переводить хо лодильную машину на работу с более низкой температурой ки пения.
Многоступенчатые холодильные машины. Одноступенчатые компрессорные машины применяют при Рк/Р0 9, что соответ ствует температуре кипения -20 °С и конденсации 30 0С. При боль ших значениях отношения давлений холодопроизводительность значительно снижается, поэтому вместо одноступенчатых приме няют двух-, трехступенчатые и каскадные холодильные машины. Кроме того, при больших значениях отношения Рк/Р0 температу ра пара в конце сжатия в одноступенчатой машине чрезмерно высока, что приводит к потере маслом смазочных свойств, его самовозгоранию, повышению износа деталей компрессора.
Переход к многоступенчатому сжатию обусловлен и необходи мостью соблюдения условий прочности, так как по расчетам раз ность давлений Рк - Ро компрессоров не должна превышать 1,7 МПа. В многоступенчатых машинах температура паров холодильного аген та в конце сжатия первой ступени компрессора обычно выше тем пературы окружающей среды, поэтому приходится охлаждать пе регретый пар прямоточно в водяном межступенчатом холодиль нике. Кроме водяного применяют промежуточное охлаждение хо лодильным агентом, что увеличивает холодильный коэффициент. Многократное дросселирование холодильного агента с промежу точным отбором пара снижает энергетические потери.
Холодильный агент сжимается до давления конденсации по следовательно в две или более ступеней с промежуточным охлаж дением частично сжатых паров. На каждой ступени отношение давления нагнетания к давлению всасывания меньше, чем Рк/Р0 для полного цикла данной машины.
В схемах с многократным дросселированием промежуточное охлаждение между ступенями сжатия может быть полным и не полным (рис. 4).
Рис. 4. Принципиальные схемы многоступенчатых парокомпрессионных машин:
а — с неполным промежуточным охлаждением;
6 — с полным промежуточным охлаждением
Неполное промежуточное охлаждение осуществляется водой. В этом случае (см. рис. 4, а) температура сжатого пара после ци линдра низкого давления (ЦНД) — процесс 1— 2 - снижается в водяном межступенчатом холодильнике I до состояния 3' сухого перегретого пара, а затем пар поступает в цилиндр высокого дав ления (ЦВД). Состояние 4' на S—T-диаграмме (рис. 5) соответствует состоянию пара после сжатия в ЦВД в двухступенчатой холодильной машине без промежуточного отбора пара.
Промежуточный отбор пара осуществляется из промежуточно го сосуда II, в который поступает парожидкостная смесь после первого дросселирования в РВ1. Жидкость на РВ1 подается из кон денсатора III при давлении конденсации Рк, соответствующем дав лению пара в ЦВД, и снижается после дросселирования до про межуточного давления Р'o (см. рис. 5) и соответствующей темпера туры T0'.
Сухой насыщенный пар из промежуточного сосуда (состоя ние 3) поступает в ЦВД. В результате смешивания сухого насы щенного и перегретого паров после холодильника всасываемый в ЦВД пар переходит в состояние 3", а после сжатия — в 4" (про цесс 3"—4", см. рис. 5).
Рис. 5. Цикл многоступенчатой парокомпрессионной машины
Жидкость из промежуточного сосуда используется для кипе ния в испарителе V (рис. 4) при более низкой температуре То и давлении P"0 после вторичного дросселирования в РВ2, но может использоваться и для кипения в испарителе IV при более высокой температуре кипения Т"о и давлении P'0 в цикле после первого дросселирования в РВ1. Из испарителя IV сухой насыщенный пар (точка 3) выходит в том же состоянии, что и из промежуточного сосуда.
При полном промежуточном охлаждении состояние рабочего тела перед всасыванием в компрессор более высокой ступени со ответствует состоянию сухого насыщенного пара.
Сжатый в ЦНД пар после межступенчатого водяного холодиль ника (точка 3', рис. 4, б) поступает на доохлаждение в промежу точный сосуд II, где приходит в состояние насыщенного пара (точка 3, рис. 5). Из промежуточного сосуда сухой насыщенный пар отсасывается в ЦВД. При наличии испарителя IV из него в ЦВД также поступает сухой насыщенный пар. Процесс сжатия пара в ЦВД характеризуется линией 3—4 (см. рис. 5), температура конца сжатия в этом случае более низкая, чем при других двух ступенчатых схемах.
Через разные элементы многоступенчатых схем с промежу точным отбором пара циркулирует неодинаковое количество ве щества. Следовательно, изображение процессов в многоступен чатых холодильных установках на термодинамических диаграм мах носит условный характер, так как каждый процесс в них относится к изменению состояния 1 кг вещества. Поэтому мас совые потоки в элементах многоступенчатых машин при их рас чете относят к 1 кг рабочего тела, проходящего через низкотем пературный испаритель.
Для получения очень низких температур применения одного рабочего тела недостаточно из-за давлений кипения рабочего тела, близких к глубокому вакууму, затвердевания его при низкой тем пературе кипения в испарителе и по другим причинам. В этих слу чаях приходится использовать каскадные холодильные машины, в каждой ступени которых применяют свое рабочее тело. При этом испаритель каждой следующей ступени является конденсатором предыдущей. Холодильный коэффициент цикла холодильной ма шины, приведенный выше, который называют теоретическим, составляет примерно 80 % холодильного коэффициента идеаль ного цикла Карно при тех же значениях Тк и То. Холодильный коэффициент реального цикла хо лодильной машины, в свою очередь, еще меньше из-за объемных и энергетических потерь.
Рассмотрим работу поршнево го компрессора двойного действия (рис. 6).
При движении поршня П в цилиндре слева направо давле ние пара над поршнем становит ся несколько ниже, чем давле ние в сборнике пара низкого дав ления Г, вследствие чего откры вается самодействующий всасывающий клапан Е1 и пар заполняет полость цилиндра А. Пар рабоче го вещества заполняет весь цилиндр, когда поршень достигает крайнего правого положения (нижняя мертвая точка — н.м.т.). Да лее поршень сжимает пар, перемещаясь справа налево (к верхней мертвой точке — в.м.т.). Давление пара повышается, вследствие чего всасывающий клапан Е1 закрывается. Поскольку рассматрива ется схема компрессора двойного действия, аналогичные процес сы, смещенные по фазе, происходят в цилиндре и под поршнем (полость Б). При дальнейшем движении поршня к в.м.т. давление в цилиндре возрастает, и пар, сжимаясь, совершает соответствую щий условиям термодинамический процесс (изотермический, ади абатический или политропический) до величины давления, не сколько превышающего давление в сборнике Д. Тогда открывается нагнетательный клапан Ж1, и сжатый пар по мере движения поршня к в.м.т. поступает в сборник Д. По достижении поршнем в.м.т. пар полностью вытесняется из полости А цилиндра, а в полости Б в этот момент завершился процесс всасывания, и в компрессоре повторяются все описанные выше процессы.
Рис. 6. Схема поршневого компрессора двойного действия
Рис. 7. Теоретическая индикатор ная диаграмма поршневого комп рессора
Происходящие в рабочей полости цилиндра компрессора про цессы анализируют с помощью индикаторной диаграммы, постро енной в координатах давление пара Р — объем цилиндра V (рис. 7).
При этом принимают, что объем, описанный поршнем, в точ ности равен объему цилиндра, давление всасывания и давление нагнетания в цилиндре равны соответственно давлению в испа рителе Ро и давлению в конденсаторе Рк, параметры состояния пара в процессах всасывания и нагнетания не изменяются, про цесс сжатия происходит по адиабатическому закону.
При движении поршня из крайнего левого положения вправо открывается всасывающий клапан и пары холодильного агента заполняют рабочую полость цилиндра. Всасывание происходит при постоянном давлении, равном давлению кипения Ро в испарителе (линия 4— 1), и заканчивает ся в крайнем правом положении поршня (н.м.т.). Всасывающий клапан в этот момент закрыва ется.
При обратном движении поршня происходит адиабати ческое сжатие паров холодиль ного агента (линия 1—2) до дав ления, равного давлению кон денсации Рк в конденсаторе. При достижении давления Рк внутри цилиндра открывается нагнета тельный клапан, через который сжатые пары вытесняются пор шнем из цилиндра при Рк = const (линия 2—3).
При рассмотрении теоретического процесса принимают так же, что между поршнем, достигшим крайнего левого положения (в.м.т.), и крышкой компрессора не осталось пространства, сле довательно, весь холодильный агент выталкивается из цилиндра, т.е. не остается вредного (мертвого) пространства.
Теоретическую холодопроизводительность компрессора мож но определить по формуле
QT=Vc qv; (19)
Vc= Vh n Z = 0,25 D2 s n Z, (20)
где Vc — объем, описываемый поршнями компрессора; qv — удель ная объемная холодопроизводительность холодильного агента; Vh — объем цилиндра без мертвого пространства; п — частота враще ния коленчатого вала; Z — число цилиндров компрессора; D — диаметр цилиндров; s — ход поршня.
Однако действительные процессы, протекающие в компрессо ре, сопровождаются рядом потерь, вызываемых гидравлическим сопротивлением в клапанах и трубопроводах, теплообменом меж ду парами холодильного агента и внутренними стенками цилинд ров, наличием вредного пространства в цилиндрах, трением, про никновением паров холодильного агента через неплотности и дру гими причинами.
Индикаторная диаграмма действительного рабочего процесса значительно отличается от теоретической (рис. 8).
Рис. 8. Индикаторная диаграмма действительного рабочего
процес са в цилиндре компрессора
Из диаграммы видно, что между крышкой компрессора и порш нем, находящимся в в.м.т., имеется мертвый объем V0, который уменьшает объем всасываемого пара. Процесс расширения сжа тых паров холодильного агента из мертвого пространства изобра жен кривой 3—4, представляющей собой политропу.
Точка 4 на диаграмме соот ветствует моменту открытия вса сывающего клапана компрессо ра и началу процесса всасыва ния. Процесс всасывания ото бражает линия 4—1, располо женная ниже уровня Ро на вели чину Р0 из-за сопротивлений во всасывающих трубопроводах, клапанах и каналах.
Точка 1 характеризует конец процесса всасывания, закрытие всасывающего клапана и начало процесса сжатия. Сжимаются пары холодильного агента по по литропе 1 —2 до давления, пре вышающего давление конденсации Рк на величину РК, равную гидравлическому сопротивлению в каналах, клапанах и трубопро водах нагнетательной стороны компрессора. Точка 2 соответствует моменту открытия нагнетательного клапана, а линия 2 — 3 ото бражает процесс нагнетания.
Точка 3 показывает момент окончания процесса нагнетания, закрытие нагнетательного клапана и начало процесса расшире ния паров холодильного агента, оставшихся в мертвом простран стве, т.е. момент, когда поршень занимает в.м.т.
Отрезок Vh пропорционален рабочему объему цилиндра, а от резок Vo — объему мертвой зоны. Величина Vcl пропорциональна той части рабочего объема цилиндра, которая теряется из-за на личия мертвого пространства, а величина Vc2 = Vh - (V1 + Vc1) - части рабочего объема цилиндра, которая теряется из-за гидрав лического сопротивления на стороне всасывания.
Объемные потери, обусловленные наличием мертвого простран ства, зависят от его объема и отношения давлений Рк/Р0 и оцени ваются объемным коэффициентом
c=1 – Vc1 / Vh. (21)
Для всасывания пара в цилиндр давление в нем должно быть меньше, чем в испарителе, а при выталкивании выше, чем в кон денсаторе (см. рис. 8). Объемные потери вследствие дросселирова ния учитываются соответствующим коэффициентом
др= 1 - [(1 + Vc /Vh) p0 / c); (22)
p0 = (Ро - Рвс)/Р0, (23)
где р0 — относительная величина потери давления всасывания в каналах (р0 = 0,02 — 0,05).
В действительном процессе стенки цилиндров компрессора на греты, пары во время всасывания подогреваются и их удельный объем увеличивается, масса уменьшается, что учитывается коэф фициентом подогрева
П=Т0 /ТК, (24)
где Tо и Тк — соответственно температуры кипения и конденса ции холодильного агента.
Интенсивность теплообмена больше при всасывании в цилинд ры компрессора влажного пара, чем сухого. Кроме того, она зави сит от отношения давлений Р0 /Рк и частоты вращения коленчато го вала компрессора. Чем меньше это отношение и быстроходнее агрегат, тем меньше теплообмен в его цилиндрах.
Действительный объем паров холодильного агента, проходя щих через цилиндр компрессора, определяют по формуле
Vd = Vh = Vh c др п пл; (25)
= f (PK / P0),
где — коэффициент подачи; пл — коэффициент плотности, учитывающий потери объема всасываемого холодильного агента от неплотностей в поршневых кольцах и клапанах (пл = 0,96 — 0,98).
Производительность компрессора холодильной машины долж на обеспечивать отсасывание пара из испарителя с той же интен сивностью, с которой он образуется в результате кипения жидко го холодильного агента. Если холодильный агент кипит быстрее, чем компрессор может отводить пар, то избыточное количество пара накапливается в испарителе, давление увеличивается, в ре зультате повышается температура кипения.
Температура кипения холодильного агента в испарителе — главный фактор, влияющий на производительность компрес сора. Если она повышается при постоянной температуре кон денсации, то степень сжатия Рк/Р0 уменьшается, коэффициент подачи компрессора возрастает и его производительность уве личивается.
Если производительность компрессора такова, что пар отво дится из испарителя слишком быстро, то давление в испарителе уменьшается, температура кипения снижается и увеличивается удельный объем холодильного агента. Все это приводит к умень шению холодопроизводительности компрессора. При повышении температуры конденсации при постоянной температуре кипения степень сжатия Рк/Р0 увеличивается, коэффициент подачи комп рессора снижается. В результате действительный объем перемеща емого компрессором пара в единицу времени уменьшается, холодопроизводительность компрессора снижается.
Паровые компрессионные холодильные машины входят в со став холодильных установок. Схемы холодильных установок по мимо холодильных машин включают системы охлаждения объек та, например холодильника, рефрижераторного поезда и т.д.
2.4. Система охлаждения холодильной установки
Системой охлаждения называют ту часть холодильной установ ки, которая располагается между регулирующим вентилем и вса сывающим патрубком компрессора. Назначение этой системы — поддержание заданного температурно-влажностного режима ох лаждаемого объекта.
По способу подачи рабочего тела к потребителям холода, а также способу отвода от них теплоты различают системы непос редственного охлаждения (безнасосные и насосные) и с проме жуточным хладоносителем.
В безнасосной системе непосредственного охлаждения рабочее тело (холодильный агент) поступает в охлаждающие приборы от регулирующего вентиля с отбором паров из них компрессором. Жидкий холодильный агент циркулирует за счет разности давле ний конденсации и испарения.
В насосной системе циркуляция жидкого холодильного агента в низкотемпературном контуре осуществляется с помощью насо са. В этом случае в схему вводится емкость (ресивер), в которой находится определенный объем холодильного агента. Такая систе ма называется насосно-циркуляционной.
В системах с промежуточным хладоносителем в охлаждающих приборах циркулирует жидкий хладоноситель, который охлажда ется холодильным агентом в испарителе холодильной машины.
В зависимости от способа отвода теплоты от потребителя холо да и конструкции охлаждающих приборов различают системы ба тарейного (панельного), воздушного, смешанного и контактного охлаждения.
В батареях (панелях) теплообмен происходит при переходе теп лоты при естественной конвекции от охлаждаемого тела в воздух, а затем из воздуха через тонкие стенки охлаждающих приборов к холодильному агенту или хладоносителю.
В воздушных системах охлаждения движение воздуха осуществ ляется принудительно, благодаря чему скорость перемещения его по сравнению со скоростью при естественной конвекции возрас тает в 10 — 20 раз.
В смешанных системах сочетаются батарейное и воздушное охлаждение.
При контактном охлаждении отвод теплоты от потребителя холода осуществляется при непосредственном контакте с ним охлаждающего прибора.
2.5. Холодильные агенты и хладоносители
Холодильные агенты. Как уже было сказано, какой-либо термо динамический процесс или цикл совершается с помощью холо дильного агента (рабочего тела).
При нормативном атмосферном давлении 0,1 МПа холодиль ный агент должен иметь достаточно низкую температуру кипе ния, чтобы при работе холодильной машины не было разрежения в испарителе. Например, для аммиака NH3 температура кипения при давлении 0,1 МПа составляет 33,4°С.
Основными холодильными агентами являются вода, аммиак, хладоны и воздух.
Воду применяют главным образом в установках кондициони рования воздуха, где обычно температура теплоносителя tH > 0 0С. В качестве холодильного агента воду используют в установках аб сорбционного и эжекторного типов.
Аммиак имеет малый удельный объем при температуре кипе ния -70 °С, большую теплоту парообразования, слабую раствори мость в масле и другие преимущества. Его применяют в поршне вых компрессионных и абсорбционных установках. К недостаткам аммиака следует отнести ядовитость, горючесть, взрывоопасность при концентрациях в воздухе 16 — 26,8 %.
Хладоны (фреоны) химически инертны, мало- или невзрыво опасны. Хладоны — галоидопроизводные предельных углеводоро дов, получаемые путем замены атомов водорода в насыщенном уг леводороде СnН2n + 2 атомами фтора, хлора, брома (СnНx, Fy, С1z, Вгu). Число молекул отдельных составляющих, входящих в хими ческие соединения хладонов, связаны зависимостью х + у + z+ u = = 2n + 2. Любой холодильный агент обозначается символами RN, где R — символ, указывающий на вид холодильного агента, N — номер хладона или присвоенный номер для других холодильных агентов.
Для хладонов номер расшифровывается следующим образом. Первая цифра в двузначном номере или первые две цифры в трех значном обозначают насыщенный углеводород СnН2n + 2, на базе которого получен хладон: 1 — СН4 (метан); 11 — С2Н6 (этан); 21 — С3Н8 (пропан); 31 — С4Н10 (бутан). Справа указывают число атомов фтора в хладоне: CFC13 — R11, CF2C12 — R12, C3F4C14 — R214, СС14 — R10. При наличии в хладоне незамещенных атомов водорода их число добавляют к числу десятков номера: CHFC12 — R21, CHF2C1 — R22. Если в состав хладона входят атомы брома, после основного номера пишут букву В, а за ней число атомов брома: CF2Br2 — R12B2.
В качестве рабочих тел могут использоваться азеотропные сме си, составляемые из двух холодильных агентов. Например, азеотропную смесь, состоящую из 48,8 % R22 по массе и 51,2 % R115 (C2F5Cl), называют хладоном R502, его температура кипения при давлении 0,1 МПа -45,6 0С.
В обозначениях смесей холодильных агентов указывают назва ния составляющих и их массовые доли. Хладон R502 можно обо значить R22/R115 (48,8/51,2). Цифрами, начиная с 500, условно обозначают азеотропные смеси, процентный состав которых в процессе кипения и конденсации практически не изменяется.
Холодильным агентам неорганического происхождения (амми ак, вода) присваивают номера, равные их молекулярной массе, увеличенной на 700. Так, аммиак и воду обозначают соответствен но R717 и R718.
Холодильный агент должен обладать определенными теплофизическими и физикохимическими свойствами, от которых зави сят конструкция холодильной машины и расход энергии.
К теплофизическим свойствам относятся вязкость , тепло проводность , плотность и др. Они, как и теплота парообразо вания r, оказывают влияние на коэффициент теплоотдачи при кипении и конденсации. Большим значениям , , r и малой вяз кости соответствуют большие значения коэффициентов тепло отдачи.
На гидравлическое сопротивление при циркуляции холодиль ного агента в системе влияют и : чем они больше, тем боль ше сопротивление. Количество циркулирующего в системе хо лодильного агента уменьшается с ростом теплоты парообразо вания.
К физико-химическим свойствам относятся растворимость хо лодильных агентов в смазочных маслах и воде, инертность к ме таллам, взрывоопасность и воспламеняемость.
При ограниченной растворимости холодильных агентов в мас ле в жидкой фазе смеси наблюдаются два слоя, из которых в од ном преобладает масло, в другом — холодильный агент. К холо дильным агентам с ограниченной растворимостью относятся аммиак R717, диоксид углерода R44 и ограниченно растворимые хладоны R13, R14, R115.
К холодильным агентам с неограниченной растворимостью относятся R11, R12, R21, R40. В этом случае для смеси хладона и масла требуется поддержание более низкого давления кипения, поэтому на сжатие пара затрачивается излишняя работа.
Хладоны R22 и R114 составляют промежуточную группу.
Аммиак неограниченно растворяет воду. При небольшом коли честве воды работа холодильной машины заметно не нарушается. Хладоны почти не растворяют воду.
Избыточная влага в хладоне при прохождении через дроссель превращается в лед (если t0 < 0°С) и «запаивает» дроссельное отверстие. По этой причине холодильные машины имеют специ альные осушительные устройства.
Хладоны при отсутствии влаги в области применяемых в холо дильной технике температур на металлы не действуют.
Аммиак не оказывает коррозирующего действия на сталь. В при сутствии воды он разъедает медь, цинк, бронзу и другие медные сплавы, за исключением фосфористой бронзы. Хладоны R11, R12, R13, R22 невзрывоопасны.
Хладоны с большим содержанием атомов фтора или полнос тью фторированные (R13, R113) практически безвредны для че ловека. Хладон R12 на открытом пламени разлагается, и в продук тах его разложения содержатся ядовитый фосген и вредные для человека фтористый и хлористый водород.
Рассмотрим область применения холодильных агентов. Амми ак (R717), хладоны R12 и R22 используют в компрессионных хо лодильных машинах для получения температур кипения от -30 до -40 °С без вакуума в системе охлаждения. Хладон R12 применяют в одноступенчатых холодильных машинах с температурой конден сации не более 75 °С и температурой кипения не ниже -30 0С, в бытовых холодильниках, кондиционерах, водоохлаждающих хо лодильных машинах. Хладон R22 используют в машинах с порш невыми и винтовыми компрессорами одно- и двухступенчатого сжатия, а также в бытовых холодильных машинах. Диапазон тем ператур кипения от +10 до -70 °С при температуре конденсации не выше 50 0С. Одноступенчатое сжатие рекомендуется применять до температур кипения не ниже -35 °С.
Холодильный агент R502 применяют в низкотемпературных одноступенчатых холодильных машинах при температуре конден сации до 50 °С, кипения до -45 °С.
Широкое распространение получили появившиеся в 1930-е годы галогенизированные хладагенты R12, R22 и др. Только в России в начале 1990-х годов работало более 50 млн бытовых холодильни ков и сотни тысяч единиц промышленного, торгового и других видов холодильного оборудования, в которых использовались эти хладоны. Однако в ходе исследований «озоновых дыр» (значитель ного уменьшения содержания озона на высоте 20 — 25 км в зем ной атмосфере) было установлено, что промышленные и быто вые отходы, содержащие атомы хлора, в том числе хладоны, до стигая атмосферы, высвобождают хлор, который участвует в раз рушении озонового слоя. Известно, что озоновый экран (среднее содержание озона в атмосфере 0,001%) защищает поверхность Земли от избыточных ультрафиолетовых лучей, большая доза ко торых способна уничтожить все живое. Поэтому Международной конвенцией в Вене в 1985 г., Протоколом в Монреале в 1987 г. и последующими протоколами с участием представителей крупней ших стран мира были приняты решения о прекращении к 2000 г. производства и использования озоноопасных хладонов, в первую очередь R11, R12, R113, R114, R115. Хладагенты R22, R123, R124, R141 и R142 разрешены в качестве переходных для замены запрещаемых. Но и они должны быть исключены из использования к I 2040 г., а по возможности и раньше (к 2020 г.)
Взамен вышеперечисленных хладонов предлагаются гидрофторуглеводороды (ГФУ) и гидрохлорфторуглеводороды (ГХФУ), ко торые благодаря содержанию водорода разлагаются гораздо быст рее, чем хлорфторуглеводороды, в нижних слоях атмосферы, не достигая озонового слоя. На мировом рынке такие озонобезопасные хладоны предлагает, например, фирма «Дюпон» (США) под торговой маркой «СУВА». «Дюпон» поставляет на рынок хладагент НР62 (R404a), имеющий при давлении 0,1 МПа температуру ки пения порядка -46 °С, гидрофторуглеводород R134a (CH2FCF3) и др. В России также освоен выпуск R134a. Он может полностью за менить R12, хотя при его использовании несколько снижаются удельная холодопроизводительность установки (92 % от удельной холодопроизводительности R12), холодильный коэффициент (98 % по сравнению с R12), увеличивается соотношение давлений кон денсации и кипения (123%, если принять это соотношение для R12 равным 100 %). Для R134a подобраны и синтетические масла (ХС-22, ХФС-134). Температура кипения R134a при давлении 0,1 МПа составляет -26,5 °С. В выпускаемых в России холодильни ках и морозильниках «Стинол» (г. Липецк) используется преиму щественно R134a.
Разработаны заменители и для других хладонов. Так, альтер нативным для R22 может быть R407C или R290. Холодильный агент R407C представляет собой смесь R32/125/134a в соотноше ниях 23/25/52%. Хладон R502 может быть заменен на R125 (CHF2CF3), имеющий температуру кипения -48,5 °С. Для низко температурных машин (каскадных) может быть рекомендован озонобезопасный R23.
Расширяется использование аммиака, не влияющего на окру жающую среду. Аммиак в два раза легче воздуха и при утечке бы стро поднимается в атмосферу, где разлагается в течение несколь ких дней. При выбросе жидкий аммиак немедленно испаряется. Но следует иметь в виду, что он ядовит, горюч и взрывоопасен. Если ранее аммиак использовали преимущественно в крупных по холодопроизводительности холодильных машинах, то теперь про мышленность осваивает конструкции средних и малых аммиач ных компрессоров и холодильного оборудования на их основе.
Хладоносители. Хладоносители являются промежуточным ве ществом между источником холода и объектом охлаждения. Они подразделяются на жидкие и твердые.
К жидким хладоносителям относятся водные растворы солей — рассолы и однокомпонентные вещества, замерзающие при низ ких температурах (этиленгликоль, кремнийорганическая жидкость). Применяют водные растворы солей NaCl, MgCl2, СаС12, температура замерзания которых до известного предела (состояния криогидратной точки) зависит от концентрации рассола. Для раствора NaCl криогидратная точка -21,2°С, для MgCl2 -33,6°С, для СаС12 -55°С. Для уменьшения коррозирующего действия рассолов на металлические части оборудования в них добавляют пассиваторы: силикат натрия, хромовую соль, фосфорные кислоты.
Этиленгликоль в зависимости от концентрации в воде может иметь температуру замерзания от 0°С (вода) до -67,2 °С при кон центрации 70 % по объему.
Твердые хладоносители — это эвтектический лед, образующий ся при криогидратной температуре, представляющий собой смесь льда и соли и имеющий постоянную температуру плавления.
ГЛАВА 3
ТИПЫ ХОЛОДИЛЬНЫХ МАШИН
3.1. Газовые и вихревые холодильные машины
Холодильной машиной называют комплект оборудования, необходимый для осуществления холодильного цикла.
В зависимости от вида физического процесса, в результате ко торого получают холод, холодильные машины подразделяют на следующие типы: использующие процесс расширения воздуха (га зовые, вихревые); использующие фазовый переход рабочего тела из жидкого в газообразное состояние (компрессионные паровые, абсорбционные, сорбционные, пароэжекторные).
В зависимости от вида потребляемой энергии различают холо дильные машины на механической энергии (компрессионные паровые, газовые), теплоиспользующие (пароэжекторные, абсорб ционные и сорбционные).
К холодильным машинам можно также отнести воздушные детандерные, использующие процесс расширения воздуха с произ водством внешней работы, и безмашинные термоэлектрические, потребляющие непосредственно электроэнергию на основе эффекта Пельтье. Холодильные машины подразделяют и по другим типам.
В газовых холодильных машинах холодильными агентами явля ются газообразные вещества, агрегатное состояние которых не изменяется при совершении цикла, в основном воздух; поэтому их называют воздушными холодильными машинами.
Первые воздушные холодильные машины появились 100 лет назад. Однако тогда они не получили широкого распространения и были вытеснены с рынка парокомпрессионными, так как удель ная массовая холодопроизводительность воздуха значительно мень ше, чем кипящего холодильного агента в цикле паровой холодильной машины. При использовании воздушных холодильных машин требуется большая массовая подача холодильного агента, поэтому только по мере развития газотурбинной и особенно тур бореактивной техники удалось создать воздушные турбохолодильные машины, близкие по экономичности в области относительно низких температур (от -80 до -120°С) к парокомпрессионным. Функциональная схема и идеальный цикл воздушной холодиль ной машины в S—T-диаграмме изображены на рис. 9.
Воздух в компрессоре адиабатически сжимается от давления Р1 до Р2 (процесс 1—2), нагреваясь при этом от температуры T1 равной температуре охлаждаемого тела То, до Т2. Далее воздух ох лаждается в теплообменнике ТО от температуры Т2 до Т3 (про цесс 2—3),
Рис. 9. Функциональная схема воздушной холодильной машины и цикл
ее работы: а — схема машины; б — диаграмма работы машины
равной температуре охлаждающей среды Тос, отдавая поглощенную теплоту внешней среде, например воде. После этого воздух адиабатически расширяется в детандере Д от давления Р2 до Р1 (процесс 3—4), совершая полезную работу, и поступает в охлаждаемый объект Об, где нагревается от температуры Т4 до T1 (процесс 4—1), отводя теплоту от охлаждаемого тела, напри мер воздуха. Из охлаждаемого объекта воздух поступает в комп рессор, и цикл повторяется.
Если допустить, что воздух является идеальным газом, т.е. Ср = const, и представить для адиабатических процессов сжатия и расширения воздуха отношение температур в виде
T2 / T1 = Т3/Т4 = (Р2/Р1)(n – 1) / n, (26)
где п — показатель адиабаты, холодильный коэффициент цикла:
=Т1 / (Т2 - Т1) = Т4 / (Т3-Т4). (27)
Коэффициент обратимости цикла
h = / обр, (28)
где обр — холодильный коэффициент обратимого цикла Карно.
Цикл воздушной холодильной машины имеет большие не обратимые потери, поэтому термодинамически он целесообра зен, если машина осуществляет комбинированный цикл, охлаж дая и нагревая одновременно.
В воздушных холодильных машинах типа ТХМ, разработанных в нашей стране, охлаждение происходит благодаря расширению воздуха в расширительной машине — детандере с производством внешней полезной работы. Такие машины имеют холодопроизводительность 30 — 60 кВт и более и используются для быстрого замораживания эндокринного сырья (желез внутренней секреции, направляемых на медицинские цели), некоторых видов продук тов растительного происхождения (плодов, овощей, ягод), кули нарных изделий.
Машины вихревого типа представляют собой цилиндрическую трубу, разделенную диафрагмой на холодную и горячую части.
С термодинамической точки зрения процессы, протекающие в вихревой трубе, сводятся к тому, что слои воздуха, вращающиеся вблизи оси, отдают кинетическую энергию остальной (перифе рийной) массе воздуха и при этом охлаждаются. Другая же часть воздуха воспринимает эту энергию и нагревается в результате тре ния, на преодоление которого затрачивается значительная часть кинетической энергии.
Термодинамическое совершенство воздушных холодильных машин вихревого типа не превышает нескольких процентов и за висит от использования теплоты потока воздуха, выходящего из горячей части вихревой трубы. Если эта теплота утилизируется, то общая эффективность повышается. Вихревые трубы просты в из готовлении и эксплуатации, компактны и высоконадежны. Одна ко область их использования ограничена вследствие низкой эко номичности термодинамических процессов.
3.2. Компрессионные паровые холодильные машины
Подавляющее большинство действующих холодильных машин — парокомпрессионные, которые в зависимости от типа используе мого компрессора подразделяют на поршневые, центробежные, винтовые и ротационные. Для обеспечения требуемых температур кипения и конденсации рабочего тела используют одноступенча тые, многоступенчатые и каскадные компрессионные паровые хо лодильные машины.
Функциональные схемы паровой одноступенчатой холодиль ной машины с детандером и дросселем и их циклы, а также прин ципиальная схема многоступенчатых парокомпрессионных машин и их цикл были рассмотрены выше. Также было дано описание Циклов в парокомпрессионных холодильных машинах.
Для реализации цикла в комплект компрессионной паровой холодильной машины входят компрессор, конденсатор, испари тель, теплообменник, приборы автоматики, пускозащитная элек троаппаратура, монтажные трубопроводы и другие элементы.
Наиболее широко распространены компрессионные паровые хо лодильные машины с поршневыми компрессорами, обладающие наи более высокими по сравнению с машинами других типов энерге тическими коэффициентами, способностью работать при более высоком отношении давлений конденсации и кипения. Однако они менее надежны, чем машины с центробежными и винтовы ми компрессорами. Это машины средней холодопроизводительности. Их используют в рассольных системах охлаждения, но можно применять и в системе непосредственного охлаждения, как и ма шины малой холодопроизводительности.
Холодильные машины с центробежными компрессорами имеют низкую энергетическую эффективность при небольшой холодо производительности (менее 700 кВт), поэтому используются при повышенной холодопроизводительности.
Холодильные машины с винтовыми маслозаполненными компрес сорами высоконадежны, имеют удовлетворительные энергетичес кие показатели при производительности, превосходящей верхний предел эффективности холодильных машин с поршневыми комп рессорами. Несмотря на основной недостаток — наличие металло емкой масляной системы, холодильные машины с винтовыми компрессорами получили большое распространение.
Холодильные машины с ротационными пластинчатыми компрес сорами отличаются простотой устройства, изготовления и эксплу атации, большей уравновешенностью, чем поршневые, так как в них нет деталей, совершающих возвратно-поступательное движе ние, нечувствительностью компрессора к гидравлическим ударам. Однако они имеют недостатки: значительные потери на трение, повышенный шум. При холодопроизводительности от нескольких сот ватт до нескольких киловатт сравнимы с показателями холо дильных машин с поршневыми компрессорами.
3.3. Абсорбционные и сорбционные холодильные машины
Абсорбционные и сорбционные холодильные машины отлича ются от компрессионных тем, что в них отвод теплоты от охлаж даемого объекта к окружающей среде осуществляется путем за траты внешней энергии в виде теплоты, а не работы.
В абсорбционных холодильных машинах циркулирует рабочее тело, представляющее собой бинарный раствор веществ, имеющих раз личные нормальные температуры кипения. Низкокипящее веще ство выполняет роль холодильного агента, а высококипящее — абсорбента (поглотителя).
Бинарные растворы, используемые наиболее широко, — это аммиак — вода и вода — бромид лития. Причем аммиак в первом растворе и вода во втором являются холодильными агентами. Водоаммиачные машины используют для получения относительно низких температур (до -70°С), а бромистолитиевые — для более высоких. Теплоиспользующие абсорбционные холодильные маши ны перспективны с точки зрения экономии топливно-энергети ческих ресурсов, поскольку позволяют использовать вторичные ресурсы (отходящие газы, отработанный пар, горячую воду), теплоту ТЭЦ в неотопительный период. С точки зрения эколо гии также есть положительные моменты: эти машины позволяют избежать применения в качестве хладагентов хлорфторуглеводородов, отрицательно воздействующих на озоновый слой ат мосферы, а также выбросов машинного масла в окружающую среду.
Однако абсорбционные холодильные машины работают при температуре греющего источника 70 — 180 °С (чаще 155 — 180 °С), поэтому диапазон температур до 70 °С не реализуется и соответ ственно теплота часто просто сбрасывается в атмосферу. В этом диапазоне могут работать сорбционные холодильные машины, к которым подводится теплота низкого уровня температур, а запа сы тепловой энергии в указанном температурном диапазоне ог ромны.
В сорбционных холодильных машинах используют рабочие смеси, обладающие эффектом не только сорбции, но и полной взаим ной растворимости компонентов. Сорбционные холодильные ма шины (СХМ) не имеют конкурентов в выработке холода от теп лоты низкого потенциала, начиная с температуры, превышаю щей всего на 10 — 15 °С температуру среды, охлаждающей конден сатор. Рабочими веществами таких машин могут быть ацетон (50 %) и пропанбутановая смесь техническая зимняя (50 %), а также вод ные растворы роданида аммония и др. С помощью СХМ возможно получение холода на уровне -30 °С при тепловом коэффициенте от 5 до 10 % и выше.
Область применения СХМ — бытовые холодильники и конди ционеры, автомобильный транспорт, выбрасывающий в окружа ющую среду большое количество теплоты на уровне температур выше 70 °С.
В бытовых холодильниках и кондиционерах может быть исполь зована энергия солнечного излучения, полученная с помощью солнечных коллекторов. СХМ, установленные на холодильниках агропромышленного комплекса и торговли, позволяют дополни тельно вырабатывать холод за счет использования теплоты пере грева паров хладагента и теплоты охлаждающего масла винтовых компрессоров. Холодопроизводительность СХМ составляет порядка 1 кВт.
3.4. Пароэжекторные холодильные машины
Пароэжекторные холодильные машины относятся к группе теплоиспользующих. В них осуществляются одновременно два цикла: прямой (силовой), в котором теплота превращается в механиче скую работу, и обратный (холодильный), в котором эта механи ческая работа используется для получения холода. В качестве рабо чих тел в пароэжекторных холодильных машинах могут быть ис пользованы вода, аммиак и хладоны. Однако практически приме няют чаще всего пароводяные эжекторные холодильные маши ны, в которых рабочим телом и одновременно хладоносителем служит вода.
Пароводяные эжекторные холодильные машины работают при температуре кипения выше 0°С. В них охлаждают воду для установок кондиционирования воздуха и производственно-технологических нужд. Холодильный цикл протекает при давлении ниже атмосфер ного, температура кипения рабочей воды обычно 2 — 15 °С, что со ответствует остаточному давлению в испарителе 700 — 1700 Па. По казатель современных пароэжекторных холодильных машин в за висимости от условий работы и конструкции составляет 0,14 — 0,18.
Машины обычно выполняют в виде агрегатов, включающих теплообменные аппараты, эжекторы и внутримашинный трубо провод с запорной, регулирующей и защитной арматурами. Агрегатированные пароэжекторные холодильные машины имеют холодопроизводительность от 200 до 2000 кВт.
ГЛАВА 4
КОМПРЕССОРЫ ХОЛОДИЛЬНЫХ МАШИН
4.1. Поршневые компрессоры
Виды поршневых компрессоров. Поршневые компрессоры подразделяют по холодопроизводительности, виду холодильного аген та, области применения, устройству кривошипно-шатунного ме ханизма, конструкции корпуса, расположению цилиндров, направлению движения пара в последних, числу степеней сжатия, степени герметичности и некоторым другим признакам.
По холодопроизводительности поршневые компрессоры под разделяют на малые (Q0 до 12 кВт), средние (Q0 12—120 кВт) и крупные (Q0 более 120 кВт).
По виду холодильного агента различают аммиачные, хладоновые (фреоновые) и универсальные компрессоры.
В зависимости от области применения компрессоры подразде ляют на стационарные, транспортные и др.
По устройству кривошипно-шатунного механизма различают компрессоры крейцкопфные, или ползунковые (двойного дей ствия), и бескрейцкопфные (простого действия).
Крейцкопфные компрессоры бывают в основном одноцилинд ровые, горизонтальные, сальниковые, непрямоточные (см. рис. 6).
Наиболее распространены бескрейцкопфные открытые комп рессоры вертикальные и V-образные, прямоточные и непрямо точные (рис. 10).
Число цилиндров у бескрейцкопфных компрессоров колеблет ся от 2 до 16. Двухцилиндровые компрессоры, как правило, вер тикальные. Если цилиндров больше, применяют различные про странственные схемы их расположения.
Бескрейцкопфные компрессоры разнообразны по конструктив ному исполнению.
По конструкции корпуса компрессоры подразделяют на блок-картерные (общая отливка блока с картером) и разъемные (блок цилиндров и картер представляют собой отдельные детали).
Большое распространение получили блок-картерные компрессо ры. В цилиндровую часть блок-картера вставляют сменные цилинд ровые гильзы. Блок-картерные компрессоры по сравнению с разъем ными отличаются большей жесткостью и прочностью при меньшей толщине стенок цилиндров; их изготовление и ремонт проще.
В зависимости от кинематической схемы и расположения оси цилиндров компрессоры делят на прямоточные и непрямоточ ные; горизонтальные и вертикальные; с угловым расположением цилиндров — V-, W-образные или веерные, крестообразные, звездообразные.
В прямоточном компрессоре всасывающие клапаны располага ются на днище поршня, а нагнетательные — в верхней части ци линдра, в ложной крышке.
В непрямоточных компрессорах клапаны всасывающие и на гнетательные размещаются в верхней части цилиндра — на кла панной доске. При движении поршня вниз давление в цилиндре компрессора становится ниже, чем во всасывающей полости, и пар проходит через вентиль во всасывающую полость, а затем че рез всасывающий клапан в полость цилиндра. При движении порш ня вверх пар сжимается до давления конденсации и через нагне тательный клапан попадает в нагнетательную полость.
По числу степеней сжатия компрессоры бывают одно- и мно гоступенчатые.
По степени герметичности и числу разъемов компрессоры под разделяют:
на герметичные — со встроенным электродвигателем в запаян ном кожухе без разъемов;
бессальниковые — со встроенным электродвигателем, с разъе мами и съемными крышками;
открытые, или сальниковые, в которых ведущий вал уплотня ется при помощи сальника;
простого действия, в которых сжатие пара осуществляется од ной стороной поршня, и двойного действия, в которых обе сто роны поршня рабочие.
Герметичные компрессоры — компрессор и электродвигатель заключены в общий герметически закрытый сварной стальной кожух. Электродвигатели устанавливают однофазные и трехфаз ные асинхронные. Ротор электродвигателя насаживается непосред ственно на вал компрессора. Частота вращения вала может быть близка к 50 с-1, что позволяет уменьшить геометрические разме ры, габариты и массу компрессора при той же холодопроизводительности. Обмотка электродвигателя охлаждается потоком вса сываемого пара холодильного агента, благодаря чему возможно повышение на него нагрузки. Герметичные машины почти бес шумны. Их холодопроизводительность находится в пределах от нескольких сотен ватт до 10 кВт. Герметичные компрессоры изго тавливают для трех различных диапазонов температур кипения хо лодильного агента: С — среднетемпературного от-25 до +10 оС; Н - низкотемпературного от -40 до -25 °С и В — высокотемпера турного от -10 до +10 °С.
Компрессоры С используют в торговом холодильном оборудо вании и бытовых холодильниках. В бытовых холодильниках приме няют в основном одноцилиндровые поршневые непрямоточные герметичные компрессоры с вертикальным цилиндром и горизонтальным валом. Электродвигатели в последнее время исполь зуют однофазные асинхронные с пусковой обмоткой и короткозамкнутым ротором, скорость вращения которого, а следователь но, и вала компрессора 50 с-1.
Компрессоры Н применяют в низкотемпературном холодиль ном оборудовании и небольших морозильных устройствах.
Компрессоры В используют для кондиционеров, охладителей напитков, соков, молока и других устройств.
Бессальниковые компрессоры непрямоточные. Разъемное соединение и съемные крышки обеспечивают доступ к их внут ренним частям. Обмотки электродвигателей, как и герметич ных компрессоров, охлаждаются всасываемым паром холодиль ного агента.
Отличительная особенность бессальниковых компрессоров – отсутствие сальников, так как электродвигатель находится на од ном валу с компрессором и располагается в его картере. Такая конструкция позволяет уменьшить габариты и практически пол ностью исключить утечку рабочего тела.
Холодопроизводительность таких компрессоров находится в пределах от нескольких до нескольких десятков киловатт (средние по величине холодопроизводительности компрессоры).
Рис. 10. Бескрейцкопфный непрямоточный VV-образный
одноступенча тый компрессор П220:
а - продольный разрез; б — поперечный разрез; 1 — блок-картер; 2 — гильза Цилиндра; 3— поршень с кольцами; 4— шатун; 5— заборный масляный фильтр; 6 - шестеренчатый затопленный насос; 7— шестерни привода масляного насо са; 8 - коленчатый вал с противовесами; 9 — ложная крышка; 10 — всасываю щий клапан; 11 — нагнетательный клапан; 12— сальник уплотнения вала
В сальниковых компрессорах самым уязвимым конструктивным узлом является уплотнение коленчатого вала, через которое наи более вероятна утечка холодильного агента. Особенно велика опас ность утечки в малых хладоновых компрессорах.
По характеру охлаждения блока цилиндров бывают компрес соры с воздушным и водяным охлаждением. Воздушное охлажде ние используется в малых холодильных компрессорах, во всех ос тальных применяют водяное принудительное охлаждение.
Для смазки трущихся деталей используются принудительная, непринудительная или комбинированная системы смазки.
По типу привода различают компрессоры с ременной переда чей; непосредственно соединенные с электродвигателем муфтой; с электродвигателем, ротор которого насажен на вал компрессора.
По частоте вращения коленчатого вала компрессоры разделя ют на тихоходные — до 500 об/мин и быстроходные — свыше 500 об/мин.
Унифицированные поршневые компрессоры выпускают для хладонов I и II баз, для аммиака и хладонов — III и IV баз, для аммиака — V базы.
Герметичные компрессоры I базы имеют горизонтальное и вер тикальное расположения двух или четырех цилиндров.
Компрессоры герметичные и бессальниковые предназначены для хладонов, сальниковые — для аммиака и хладонов. Хладоновые компрессоры I, II и III баз — непрямоточные, IV — прямо точные; аммиачные III и IV баз — прямоточные; аммиачные комп рессоры V базы — крейцкопфные непрямоточные с опозитным расположением двух или четырех цилиндров.
Для смазки цилиндров и механизма движения в аммиачных компрессорах используют масла ХА, ХА-30, ХС-40, а в хладоно вых - ХФ-12-16, ХФ-22-24, ХФ-22с.
При маркировке унифицированных поршневых компрессоров применяют следующие обозначения: П — поршневой, Ф — хладоновый (фреоновый), А — аммиачный, В — вертикальный, V — V-образный, W — веерообразный, Б — бессальниковый, Г — герметичный, О — опозитный. Цифры после букв означают холодо производительность (кВт).
В сальниковых компрессорах марок П14, П20, П28 и др. распо ложение цилиндров V-, W-, VV-образное.
В бессальниковых компрессорах марок ПБ5, ПБ7 — ПБ220 рас положение цилиндров также V-, W-, VV-образное.
Основные конструктивные узлы и детали поршневых компрес соров — рама, картер, блок-картер, цилиндры, коленчатые валы, шатуны, поршни, поршневые кольца, клапаны, сальники.
Картер представляет собой конструктивную основу машины. Картер вертикальных и V-образных компрессоров имеет вид ко робки с боковыми окнами, которые закрываются съемными крыш ками. Крышку со стороны маховика, через которую проходит ко ленчатый вал компрессора, называют задней, а противополож ную ей — передней. Сверху картера крепится блок цилиндров. Мно гие конструкции вертикальных компрессоров выполняются блок-картерными. В этом случае цилиндры и картеры отливаются в виде единой детали. Блок-картерные компрессоры компактнее, имеют меньше фланцевых соединений, проще и дешевле в производстве.
В каждый цилиндр запрессовывают сменные гильзы, которые в случае износа могут быть заменены новыми. Сменные гильзы уп лотняют по верхнему и нижнему поясам резиновыми кольцами. Для охлаждения цилиндров верхнюю часть их боковой поверхности от ливают с ребрами (при охлаждении воздухом) или со специальной полостью (при охлаждении водой — водяной рубашкой).
Коленчатые валы по конструкции могут быть кривошипными и эксцентриковыми. Их выполняют штампованными, литыми или цельноковаными из высококачественной углеродистой или леги рованной стали. Опорой коленчатого вала служат подшипники, расположенные в крышках картера или корпусе.
Чтобы движение поршня было равномерным, на конец колен чатого вала, выступающий из картера, насаживается маховик — шкив большего диаметра с тяжелым ободом. При непосредствен ном соединении компрессора с электродвигателем надобность в маховике отпадает, его роль выполняет ротор двигателя.
Шатуны передают движение от коленчатого вала к поршням. Они — штампованные стальные двутаврового сечения с разъем ной нижней головкой, с вкладышем, залитым баббитом, и не разъемной верхней головкой с бронзовой втулкой.
Нижние головки шатунов, которые охватывают шейки колен чатого вала, стягиваются стальными болтами с зашплинтованны ми корончатыми гайками. Верхние головки пальцами поршня за крепляются в поршне.
Поршни по конструкции делят на дисковые и тронковые. Диско вые используют в крупных крейцкопфных компрессорах двойного Действия, когда по обе стороны поршня расположены рабочие объе мы цилиндра. Тронковые поршни могут быть двух типов: проходные для прямоточных машин, непроходные для непрямоточных.
Конструкция проходных поршней позволяет увеличить проход ные сечения всасывающего и нагнетательного клапанов.
Непроходные поршни отличаются простотой конструкции и небольшой массой. Их используют в малых и средних непрямоточ ных компрессорах. Поршни для герметичных компрессоров дела ют без поршневых колец. Вместо них на боковой поверхности протачивают неглубокие канавки для сбора и равномерного распре деления масла по зеркалу цилиндра.
Всасывающие и нагнетательные клапаны выполняют в компрес соре распределительную функцию. Через всасывающие клапаны происходит засасывание паров холодильного агента из всасываю щего трубопровода в цилиндр компрессора, а через нагнетатель ные — выталкивание сжатых паров в нагнетательный трубопро вод. В поршневых холодильных компрессорах клапаны самодей ствующие, т.е. они открываются и закрываются под действием разности давлений по обе их стороны.
На всасывающие клапаны прямоточных компрессоров, распо ложенные в днище поршня, помимо давления газа действуют силы инерции. В вертикальном прямоточном компрессоре при движе нии поршня вверх и достижении им верхней мертвой точки клапанная пластина по инерции стремится продолжить движение вверх, и клапан открывается, в то время как поршень после оста новки начинает двигаться вниз. Когда же поршень останавливает ся в нижней мертвой точке, клапанная пластина по инерции стремится продолжить движение вниз, прижимается к седлу клапана, и он закрывается.
В бескрейцкопфных компрессорах применяют пластинчатые кла паны, получившие свое название потому, что их рабочей запор ной деталью служат тонкие (0,8— 1,5 мм) стальные пластины. Пла стинчатые клапаны в зависимости от конфигурации и крепления клапанных пластин бывают кольцевыми, полосовыми, язычко выми.
Кольцевые клапаны применяют в средних и крупных компрес сорах.
В конструкциях клапанов, закрепленных на поршнях, исполь зуют беспружинные кольцевые и полосовые клапаны. Полосовые клапаны называют еще ленточными, поскольку в них отверстия для прохода пара перекрываются упругими пластинами, имею щими форму лент.
Предохранительные клапаны предотвращают аварии при чрезмер ном повышении давления нагнетания. При превышении предель ной разности давлений нагнетания и всасывания (P = 1,68 МПа) предохранительные клапаны перепускают сжатый пар из полости нагнетания в полость всасывания.
Применяют в основном пружинные самодействующие предо хранительные клапаны. Когда разность давлений превышает допу стимую, пружина сжимается, клапан открывается и нагнетатель ная сторона компрессора соединяется с всасывающей.
Сальниками называют специальные устройства для уплотнения подвижных деталей, например валов, штоков, плунжеров, в це лях предотвращения утечки жидкостей, пара или газа. Применяют сальники с кольцами трения. Сальники открытых хладоновых компрессоров бывают сильфонного и мембранного типов.
4.2. Ротационные компрессоры
Ротационные компрессоры более уравновешены, чем поршне вые, поскольку у них нет кривошипно-шатунного механизма, совершающего возвратно-поступательное движение. Кроме того, они не имеют всасывающих клапанов и могут работать при боль ших частотах вращения вала. Габариты ротационных компрессо ров невелики. Изготавливают их с катящимися, качающимися и вращающимися роторами, последние (пластинчатые компрессо ры) — с двумя, четырьмя и более пластинами, с круглым или эллиптическим цилиндром.
Вал ротационных компрессоров расположен эксцентрично по отношению к цилиндру. На вал насажен ротор (поршень) с фре зерованными по всей длине пазами, в которые вставлены асботекстолитовые пластины. При вращении ротора пластины под дей ствием центробежной силы выходят из пазов и прижимаются к поверхности цилиндра, образуя замкнутые полости.
Пар из всасывающего трубопровода захватывается пластина ми, отсекается в верхней части цилиндра вращающимся ротором и сжимается. При дальнейшем вращении полость со сжатым па ром соединяется с нагнетательным трубопроводом и пар вытал кивается.
Ротационные компрессоры используют в основном в установках большой холодопроизводительности в качестве ступеней низкого давления в агрегатах двухступенчатого сжатия. Но выпускают и гер метичные компрессоры небольшой холодопроизводительности.
Ротационный герметичный компрессор с катящимся ротором состоит из неподвижного цилиндра и поршня-ротора, вращаю щегося на эксцентриковой шейке вала. К ротору при помощи пру жины прижимается лопасть, разделяющая рабочий объем цилиндра на две части: в одной протекает процесс всасывания, в другой — сжатия и нагнетания.
При работе компрессора пары хладона поступают через всасы вающий патрубок в кожух, омывают электродвигатель и охлажда ют его, затем через всасывающую трубку всасываются компрессо ром. Сжатые пары холодильного агента через нагнетательный кла пан выталкиваются из цилиндра в глушитель, а из него по трубо проводу подводятся к нагнетательному штуцеру. Холодопроизводительность таких компрессоров от 255 до 640 Вт.
4.3. Винтовые компрессоры
Основу винтовых компрессоров составляют два ротора (оба с зубчато-винтовыми лопастями): ведущий и ведомый, расположен ные в корпусе (рис. 11).
Рис. 11. Роторы винтового компрес сора:
1 — ведущий ротор с четырьмя зубья ми; 2 — ведомый ротор
с шестью впа динами; 3 — синхронизирующие шес терни
Винтовые впадины роторов, проходя мимо всасывающего окна, заполняются газообразным холодильным агентом. При дальней шем вращении роторов газ сжимается, так как зубья одного рото ра входят во впадины другого и при этом уменьшается объем, занимаемый газом. К концу сжатия впадины со сжатым газом объе диняются с нагнетательным окном. Винтовое расположение на роторах нескольких впадин обеспечивает непрерывность подачи газа компрессором.
Применяют большей частью маслозаполненные винтовые комп рессоры, в рабочее пространство которых подается масло. Это повышает производительность компрессора вследствие уменьше ния внутренних перетечек холодильного агента через зазоры меж ду корпусом и роторами и между самими роторами, а также сни жения температуры нагнетания холодильного агента.
После прохождения компрессора хладагент направляется в мас лоотделитель, в котором отделяется до 95 % масла. Шестеренча тым насосом масло направляется в маслоохладитель, через филь тры снова подается в рабочее пространство компрессора и на смазку подшипников.
Винтовые компрессоры надежны в эксплуатации, их холодопроизводительность можно плавно регулировать с помощью зо лотникового устройства, изме няющего активную длину вин тов, у них отсутствует трение в полости сжатия. Они имеют не большие габариты и массу по сравнению с поршневыми и даже ротационными компрессо рами.
Винтовые компрессоры ха рактеризуются очень низким пределом давления всасывания (5 — 2 кПа), что позволяет ши роко использовать их в низко температурных установках. Час тота вращения ведущего ротора у них составляет 50 с-1.
Целесообразно применение аммиачных винтовых компрес соров холодопроизводительно-стью 350—1745 кВт. При более низкой производительности они утрачивают преимущества перед поршневыми по массе и габаритным размерам из-за громоздкос ти маслосистемы.
4.4. Турбокомпрессоры
Турбокомпрессоры редко используют в пищевой промышлен ности из-за большой холодопроизводительности и широкого при менения аммиака в качестве холодильного агента. По сравнению с поршневыми они обладают рядом преимуществ: отсутствие кла панов, динамическая уравновешенность, высокооборотность и малые габариты. Турбокомпрессоры обычно имеют несколько ко лес, поэтому являются многоступенчатыми машинами. По прин ципу работы они подразделяются на осевые и центробежные.
Осевые компрессоры применяют для очень большой холодо производительности, центробежные — для холодопроизводитель ности от 500 до нескольких тысяч киловатт. На валу центробежно го компрессора вращаются рабочие колеса с лопатками, переда ющие кинетическую энергию холодильному агенту, который вы брасывается из колеса в диффузор, где его кинетическая энергия преобразуется в энергию давления. Диффузор выполняется безло паточным, лопаточным и прямолинейным. Движение пара на ра бочем колесе складывается из вращения его вместе с колесом (аб солютное движение) и перемещения вдоль лопаток (относитель ное движение), что в сумме определяет абсолютную скорость дви жения пара, а следовательно, его кинетическую энергию. Работа, затрачиваемая на сжатие пара, уменьшается по мере приближения процесса сжатия к изотермическому, поэтому после группы колес применяется промежуточное охлаждение пара в холодильниках.
ГЛАВА 5
ТЕПЛООБМЕННЫЕ АППАРАТЫ ХОЛОДИЛЬНЫХ МАШИН
5.1. Конденсаторы
Различают следующие типы конденсаторов: кожухотрубные горизонтальные, кожухотрубные вертикальные, кожухозмеевиковые, испарительные и воздушные.
Кожухотрубные горизонтальные конденсаторы используют в аммиачных и хладоновых холодильных установках пищевых пред приятий. Они имеют цилиндрический стальной кожух, в котором Прямые трубы (стальные или медные) расположены горизонтально, концы их развальцованы в трубных решетках. Охлаждающая вода под напором проходит по этим трубам. На конденсаторе ус танавливают предохранительный клапан, указатель уровня холо дильного агента, вентиль для выпуска воздуха из межтрубного пространства. Пары хладагента конденсируются в межтрубном пространстве на наружной поверхности труб.
Такие конденсаторы обычно работают в комплекте с водоохлаждающими устройствами.
Кожухотрубные вертикальные конденсаторы используют в круп ных аммиачных холодильных установках. Главный их недостаток — сложность равномерного распределения воды по трубам.
Кожухозмеевиковые конденсаторы отличаются от кожухотрубных горизонтальных отсутствием второй трубной решетки, кожух конденсатора выполнен в виде горизонтально расположенного ста кана, внутри которого водяные трубки соединены попарно.
Испарительные конденсаторы применяют на пищевых предпри ятиях. В них теплота от холодильного агента передается через стен ку трубы воде, стекающей тонкой пленкой по наружной поверх ности труб, и далее воздуху посредством испарения части воды.
Конденсатор представляет собой закрытый корпус. Под кон денсатором располагается водяной бак, куда вода сливается само теком. Из водяного бака циркулирующая вода снова нагнетается насосом в водяной коллектор (оросительную систему). Сверху вен тилятором подается поток воздуха, который усиливает испарение воды и служит приемником теплоты водяного пара. Использова ние этого типа конденсаторов эффективно в районах с сухим и жарким климатом.
Воздушные конденсаторы широко используют в агрегатах, об служивающих торговое оборудование, бытовых холодильниках, изотермическом транспорте. Применение их позволяет уменьшить расход воды, сократить затраты на сооружение устройств для охлаждения оборотной воды.
Воздушные конденсаторы представляют собой систему трубча тых змеевиков, расположенных в металлическом корпусе. Холо дильный агент проходит внутри змеевиков, с наружных оребренных поверхностей которых осуществляется съем теплоты естествен ной или принудительной конвекцией движения воздуха. Ребра труб змеевиков пластинчатые, но иногда для устранения контактного сопротивления теплопередачи между трубой и ребрами эти кон денсаторы изготавливают с литыми ребрами.
5.2. Испарители
Испарители — теплообменные аппараты, предназначенные для охлаждения промежуточного хладоносителя путем теплообмена с кипящим холодильным агентом.
По конструкции кожухотрубный и кожухозмеевиковый испа рители подобны горизонтальному кожухотрубному и кожухозмеевиковому конденсаторам. Хладоноситель циркулирует в трубах, а в межтрубном пространстве испарителя кипит холодильный агент.
Испарители изготавливают с закрытой и открытой циркуляци ей охлаждаемой жидкости. Испарители с закрытой циркуляцией выполняются кожухотрубными. Охлаждаемая жидкость протекает в них под напором, который создает насос. В испарителях с открытой циркуляцией трубы, по которым протекает кипящий холодильный агент, погружаются в охлаждаемую жидкость, наливаемую в баки.
Испарители с открытой циркуляцией — панельные. В них жид кость перемешивается мешалкой. Панельный испаритель выпол нен в виде прямоугольного бака, в который помещаются испари тельные секции панельного типа.
Панельные испарители поставляются в комплекте с отделите лями жидкости. При применении в качестве хладоносителя ледя ной воды панельные испарители можно использовать как испа рители-аккумуляторы для сглаживания неравномерности тепло вой нагрузки на молочных предприятиях.
5.3. Охлаждающие приборы
Охлаждающие приборы (батареи) подразделяют на приборы непосредственного кипения и с промежуточным хладоносителем (рассольные). Наружная поверхность труб может быть гладкой или оребренной.
Распространены воздухоохладители из оребренных труб или пла стин с каналами, внутри которых кипит хладагент или циркулирует хладоноситель. Воздух продувается с помощью вентилятора. Разность температур воздуха и поверхности охлаждения может достигать 12°С.
Воздухоохладители бывают постаментные и подвесные, они компонуются из секций-модулей. Подвесные воздухоохладители обозначаются: ВОП-50, ВОП-75, ВОП-100, ВОП-150, где ВО — воздухоохладитель, П — подвесной, цифры — теплопередающая поверхность (в м2). Производительность ВОП от 5,8 до 17,4 кВт. Для оттаивания инея в них предусмотрены электронагреватели — ТЭНы мощностью от 8,7 до 12 кВт.
Помимо ВОП выпускают воздухоохладители ВОГ-230, в кото рых воздух перемещается горизонтально осевым вентилятором. Батареи ВОГ-230 выполняют из тех же секций, что и ВОП. Отта ивание происходит с помощью горячих паров аммиака или электронагревателей мощностью 25 кВт.
Подвесные воздухоохладители применяют в холодильных ка мерах молокозаводов и на мясокомбинатах для охлаждения и за мораживания пищевых продуктов.
Для охлаждения камер длительного хранения мороженых гру зов используют панельные батареи, представляющие собой сталь ные листы, к которым приваривают цельнотянутые трубы.
Хладоновые потолочные и пристенные батареи из оребренных красномедных труб применяют в небольших холодильных уста новках. В бытовых холодильниках, льдогенераторах кубикового льда и некоторых видах торгового холодильного оборудования приме няют листотрубные испарители. Их изготавливают электросвар кой листов с выштампованными канавками или гидравлической раздачей канавок в плоских сваренных между собой листах.
ГЛАВА 6
ВСПОМОГАТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ХОЛОДИЛЬНЫХ
МАШИН И УСТАНОВОК
К вспомогательному оборудованию относятся отделители жид кости, маслоотделители, промежуточные сосуды, ресиверы и др. Они обеспечивают стабильность и безопасность работы холодиль ных установок.
Отделители жидкости предназначены для улавливания капель жидкости, которые содержатся в парожидкостной смеси холодиль ного агента, поступающего из испарителей. Тем самым они защи щают компрессор от опасного режима работы при попадании в цилиндр жидкости вместе с паром холодильного агента, обеспе чивают сухой ход компрессора, приближая режим холодильной машины к расчетному. Капли жидкости осаждаются в этих аппа ратах вследствие резкого уменьшения скорости и изменения на правления движения потока парожидкостной смеси на 90, 180°.
Аммиачные отделители жидкости обозначают 125 Ожг, 150 Ожг, 200 Ожг, 250 Ожм, 300 Ожм (О — отделитель, ж — жидкость, г — условное обозначение, м — с обогревом зоны маслосбора, циф ры перед буквами — диаметры входного и выходного паровых патрубков).
Отделители жидкости устанавливают только на панельных ис парителях и в некоторых системах охлаждения фруктохранилищ. При использовании охлаждающих систем с принудительной цир куляцией холодильного агента жидкость отделяется в циркуляци онном ресивере.
Маслоотделители предназначены для отделения масла, уноси мого холодильным агентом из компрессора. Масло увлекается аген том как в виде капель, так и в парообразном состоянии. Уменьше ние масляной пленки приводит к повышению эффективности теплообменных аппаратов. Маслоотделители подразделяются на промывные и инерционные.
В промывных маслоотделителях пар проходит через слой жид кого холодильного агента. При этом он охлаждается в результате испарения части жидкости и освобождается от масла на 85 — 90 %.
В инерционных маслоотделителях происходит отделение мас ляных капель в результате резкого изменения скорости и направ ления потока, а также действия центробежной силы. Степень от деления масла — до 80 %.
Маслоотделитель представляет собой сварной вертикальный сосуд, заполненный до определенного уровня жидким аммиаком, через который проходят пары аммиака. Очистившись от масла, пары аммиака выводятся из сосуда. Обозначения промывных от делителей: 50 ОММ, 300 ОММ (О — отделитель, М — масло, М — модернизированный, цифры перед буквами означают диа метр условного прохода входного и выходного патрубков).
Промежуточные сосуды используют в аммиачных холодильных установках двухступенчатого сжатия для полного промежуточно го охлаждения паров холодильного агента, поступающего из комп рессора ступени низкого давления, и для переохлаждения жидко го аммиака в змеевике аппарата перед регулирующим вентилем. Охлаждение паров хладагента осуществляется путем барботирования их через слой жидкого аммиака. Промежуточный сосуд типа ПСз (П — промежуточный, С — сосуд, з — змеевиковый) представляет собой вертикальный сосуд со встроенной теплопередающей поверхностью, выполненной в виде змеевика, который ук реплен на днище. Он заполняется жидким аммиаком так, чтобы змеевик был полностью погружен в него. Промежуточный сосуд отделяет также масло после ступени низкого давления. Для пе риодического слива масла в нем предусмотрен трубопровод с вентилем.
Ресиверы — это герметичные цилиндрические сосуды, служа щие емкостью для жидкого холодильного агента. Различают ли нейные, дренажные, циркуляционные и защитные ресиверы. По конструкции они бывают вертикальные и горизонтальные.
Линейные ресиверы предназначены для компенсации разли чия в заполнении испарительного оборудования жидкостью при изменении тепловой нагрузки. Они освобождают конденсатор от жидкости и создают равномерный поток жидкого агента к регу лирующему вентилю. Их устанавливают между конденсатором и регулирующим вентилем. Постоянно поддерживаемый уровень Жидкого холодильного агента является гидравлическим затвором, который препятствует перетеканию пара высокого давления в испаритель. Линейный ресивер — хороший сборник воздуха и масла.
Дренажные ресиверы служат для слива жидкого холодильного агента из аппаратов и трубопроводов холодильной установки при эксплуатации и ремонте.
Циркуляционные ресиверы используют в насосно-циркуляционных схемах питания испарительных систем жидким холодиль ным агентом. Они представляют собой резервуар, постоянно со держащий жидкий холодильный агент в количестве, обеспечива ющем непрерывную работу циркуляционного насоса, подающего жидкость в испарители. Ресиверы устанавливают на стороне низ кого давления ниже отметки, на которой размещается все обору дование испарительной системы. Это обеспечивает свободный слив жидкости из испарителей и отделителей жидкости.
Защитные ресиверы вместе с отделителем жидкости, который устанавливают на всасывающем трубопроводе между испарителя ми и компрессором, служат для защиты компрессоров от гидрав лических ударов. Применяют их в безнасосных системах питания испарителей жидким холодильным агентом.
Горизонтальные ресиверы типа РД (Р — ресивер, Д — дренаж ный) используют как линейные, дренажные, циркуляционные и защитные; ресиверы РДВ (В — вертикальный) — как циркуляци онные и защитные.
Насосы холодильных установок предназначены для циркуляции охлаждающей воды в оборотных системах водоснабжения, проме жуточного хладоносителя (рассол или ледяная вода), а также жид кого аммиака в насосно-циркуляционных системах. Для жидкого аммиака применяют специальные аммиачные бессальниковые на сосы.
Переохладители в аммиачных машинах необязательны. В виде отдельного аппарата их применяют только на больших холодиль ных установках, обязательно на тех, которые снабжены ороси тельными конденсаторами.
Теплообменники для хладоновых машин необходимы не только для переохлаждения жидкого холодильного агента, но и для пе регрева парообразного хладона, поступающего из испарителя в компрессор.
Теплообменник представляет собой стальной сварной кожух в виде отрезка трубы с приваренными к ее торцам сферически ми донышками. Внутри трубы (кожуха) — змеевик из медной трубки. Концы его выведены из кожуха через отверстия в до нышках. Жидкий хладон проходит через теплообменник внутри змеевика, а парообразный — в кожухе, омывая наружную по верхность змеевика. Движение жидкости и пара осуществляется противотоком.
В малых холодильных машинах, применяемых для бытовых хо лодильников, функцию теплообменника выполняют спаянные между собой на некотором участке трубки: капиллярная, по ко торой жидкий хладон направляется к испарителю, и отсасываю щая, по которой пар холодильного агента проходит в противопо ложном направлении — от испарителя к компрессору.
ГЛАВА 7
АВТОМАТИЗАЦИЯ, АВТОМАТИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ И
АГРЕГАТЫ ХОЛОДИЛЬНЫХ МАШИН И УСТАНОВОК
7.1. Автоматизация холодильных установок
Автоматизация холодильных установок предполагает оснаще ние их автоматическими устройствами (приборами и средствами автоматизации), с помощью которых обеспечиваются безопасная работа и проведение производственного процесса или отдельных операций без непосредственного участия обслуживающего персо нала или с частичным его участием.
Объекты автоматизации совместно с автоматическими устрой ствами образуют системы автоматизации с различными функция ми: контроля, сигнализации, защиты, регулирования и управле ния. Автоматизация повышает экономическую эффективность ра боты холодильных установок, так как уменьшается численность обслуживающего персонала, снижается расход электроэнергии, воды и других материалов, увеличивается срок службы установок вследствие поддержания автоматическими устройствами оптималь ного режима их работы. Автоматизация требует капитальных зат рат, поэтому проводить ее надо, основываясь на результатах тех нико-экономического анализа.
Холодильную установку можно автоматизировать частично, полностью или комплексно.
Частичная автоматизация предусматривает обязательную для всех холодильных установок автоматическую защиту, а также кон троль, сигнализацию и нередко управление. Обслуживающий пер сонал регулирует основные параметры (температура и влажность воздуха в камерах, температура кипения и конденсации холодиль ного агента и т.д.) при отклонении их от заданных значений и нарушении работы оборудования, о чем информируют системы контроля и сигнализации, а некоторые вспомогательные периоди ческие процессы (оттаивание инея с поверхности охлаждающих приборов, удаление масла из системы) выполняются вручную.
Полная автоматизация охватывает все процессы, связанные с поддержанием требуемых параметров в охлаждаемых помещениях и элементах холодильной установки. Обслуживающий персонал может присутствовать лишь периодически. Полностью автомати зируют небольшие по мощности холодильные установки, безот казные и долговечные.
Для крупных промышленных холодильных установок более ха рактерна комплексная автоматизация (автоматические контроль, сигнализация, защита).
Автоматический контроль обеспечивает дистанционное измерение, а иногда и запись параметров, определяющих режим работы оборудования.
Автоматическая сигнализация — извещение с помощью звукового или светового сигнала о достижении заданных величин, тех или иных параметров, включении или выключении элементов, холодильной установки. Автоматическую сигнализацию подразделяют на технологическую, предупредительную и аварийную.
Технологическая сигнализация — световая, информирует о ра боте компрессоров, насосов, вентиляторов, наличии напряжения в электрических цепях.
Предупредительная сигнализация на защитных, циркуляционных ресиверах сообщает, что величина контролируемого парамет ра приближается к предельно допустимому значению.
Аварийная сигнализация световым и звуковым сигналами извещает о том, что сработала автоматическая защита.
Автоматическая защита, обеспечивающая безопасность обслуживающего персонала, обязательна для любого производства. Она предотвращает возникновение аварийных ситуаций, выключая отдельные элементы или установку в целом, когда контролируе мый параметр достигает предельно допустимого значения.
Надежную защиту в случае возникновения опасной ситуации должна обеспечивать система автоматической защиты (САЗ). В простейшем варианте САЗ состоит из датчика-реле (реле защиты), контролирующего величину параметра и вырабатывающего сигнал при достижении ее предельного значения, и устройства, преобразующего сигнал реле защиты в сигнал остановки, который направляется в систему управления.
На холодильных установках большой мощности САЗ выполняют так, чтобы после срабатывания реле защиты автоматический пуск отказавшего элемента без устранения вызвавшей остановку причины был невозможен. На небольших холодильных установ ках, например на предприятиях торговли, где авария не может привести к тяжелым последствиям, нет постоянного обслуживания, объект включается автоматически, если величина контролирусмоге параметра возвращается в допустимую область.
Разновидностью защиты можно считать блокировку, когда, например, компрессор может быть включен только если включен хотя бы один водяной насос, подающий воду в конденсатор, и рассольный насос для систем с промежуточным хладоносителем.
Наибольшее число видов защиты имеют компрессоры, посколь ку по опыту эксплуатации 75 % всех аварий на холодильных установках происходят именно с ними.
Число параметров, контролируемых САЗ, зависит от типа, мощности компрессора и вида холодильного агента.
Виды защиты компрессоров:
от недопустимого повышения давления нагнетания — пре дотвращает нарушение плотности соединений или разрушение элементов;
недопустимого понижения давления всасывания — предотвра щает повышение нагрузки на сальник компрессора, вспенивание масла в картере, замерзание хладоносителя в испарителе (реле высокого и низкого давления, оснащают практически все комп рессоры);
уменьшения разности давлений (до и после насоса) в масля ной системе — предотвращает аварийный износ трущихся дета лей и заклинивание механизма движения компрессора, реле раз ности давлений контролирует разность давлений на стороне на гнетания и всасывания масляного насоса;
недопустимого повышения температуры нагнетания — предот вращает нарушение режима смазки цилиндра и аварийный износ трущихся деталей;
повышения температуры обмоток встроенного электродвига теля герметичных и бессальниковых хладоновых компрессоров — предотвращает перегрев обмоток, заклинивание ротора и работу на двух фазах;
гидравлического удара (попадание жидкого холодильного агента в полость сжатия) — предотвращает серьезную аварию поршневого компрессора: нарушение плотности, а иногда и разрушение.
Виды защиты других элементов холодильной установки:
от замерзания хладоносителя — предотвращает разрыв труб ис парителя;
переполнения линейного ресивера — предохраняет от сниже ния эффективности конденсатора в результате заполнения части его объема жидким холодильным агентом;
опорожнения линейного ресивера — предотвращает прорыв газа высокого давления в испарительную систему и опасность гидрав лического удара.
Предотвращение аварийной ситуации обеспечивает защита от недопустимой концентрации аммиака в помещении, что может вызвать пожар и взрыв. Концентрация аммиака (максимум 1,5 г/м3, или 0,021 % по объему) в воздухе контролируется газоанализатором.
7.2. Автоматическое регулирование и управление
Системы автоматического регулирования и управления позво ляют осуществлять производственный процесс без обслуживаю щего персонала.
Автоматическое регулирование обеспечивает поддержание в определенных пределах параметров, характеризующих работоспо собность холодильной установки.
В холодильной установке с одной испарительной системой достаточно регулировать температуру и влажность воздуха в охлаждаемой камере и перегрев пара, всасываемого в компрессор.
Регулирование перегрева пара, выходящего из испарителя, обес печивает эффективность передачи теплоты в испарителе и без опасность работы компрессора. Автоматическое регулирование пе регрева пара осуществляется путем плавного изменения подачи холодильного агента в испаритель с помощью ТРВ — терморегулирующего вентиля (рис. 12).
ТРВ устанавливают на трубопроводе, по которому жидкий хо лодильный агент поступает в испаритель. Чувствительный элемент (датчик) ТРВ размещают на трубопроводе, по которому отводит ся пар из испарителя. Если испаритель заполнен жидким холо дильным агентом, то из него выходит насыщенный пар, темпера тура которого равна температуре кипения. Регулирующий орган ТРВ закрывается. Если из испарителя выходит пар, перегрев кото рого превышает установку ТРВ, то регулирующий орган ТРВ должен быть открыт настолько, чтобы площадь его проходного сече ния соответствовала допустимой величине перегрева.
Рис. 12. Схема регулирования перегрева пара с помощью ТРВ:
1 - датчик; 2 - термодинамическая система; 3 - регулирующий орган;
4 — камера; 5 — испаритель
Регулирование температуры охлаждаемого объекта осуществля ют путем изменения производительности холодильной установки, в первую очередь испарителя и компрессора. При наличии одного объекта изменяют холодопроизводительность компрессора. В про стейшем случае регулирование осуществляют ступенчато путем пуска и остановки поршневых компрессоров. В поршневых компрессорах последних модификаций имеется устройство для ступенчатого из менения производительности посредством отключения цилиндров.
Производительность поршневых компрессоров можно регулировать плавным изменением частоты вращения вала компрессо ра, дросселированием всасывае мого в компрессор пара, пере пуском пара со стороны нагне тания на линию всасывания, перепуском пара из цилиндра в полость всасывания. Производи тельность винтовых компрессоров можно изменять практически плавно.
Специальный золотник, встроенный в компрессор, при перемещении уменьшает или увеличивает зону сжатия холодильного агента винтами и тем самым изменяет зависящую от зоны производительность. На рис. 13 приведены схемы регулирования температуры воздуха в камере с помощью реле темпера туры и давления.
Рис. 13. Схема регулирования температуры воздуха в камере с помощью
реле температуры (а) и давления (б):
1 — датчик; 2 — реле; 3 — магнитный пускатель; 4 — электродвигатель;
5 — компрессор
Датчик 1 реле температуры 2 (см. рис. 13, а) ощущает измене ние температуры воздуха, датчик 1 реле давления 2 (рис. 13, б) воспринимает давление кипения, и реле заданной установки дает команду магнитному пускателю 3 в зависимости от ситуации на пуск или остановку электродвигателя 4 компрессора 5.
Реле давления обеспечивает меньшую точность регулирования и применяется в некоторых типах торгового холодильного обору дования, когда продукты хранят непродолжительное время и не требуется высокой точности поддержания температуры.
Циклической работе компрессора соответствует периодичес кое изменение температуры кипения, конденсации холодильного агента и воздуха в помещении.
В установках с несколькими охлаждаемыми объектами, под ключенными к испарительной системе с одним или несколькими компрессорами, температура воздуха в камере и перегрев пара, выходящего из испарителя, регулируются с помощью реле температуры или реле давления, изменяющих холодопроизводитель ность испарителя (см. рис. 12). По мере уменьшения теплопритока в охлаждаемых объектах будут выключаться реле температуры и воз никает необходимость изменять производительность компрессоров. На небольших холодильных установках система автоматического управления выключает один из компрессоров или компрессор, если он один, и включает его при увеличении теплопритоков.
Регулирование влажности воздуха в камере возможно путем из менения влагопритока и влагоотвода. Влагоотвод осуществляется вследствие конденсации водяного пара из воздуха на поверхности испарителя. При уменьшении влажности воздуха, что устанавли вается специальными приборами, увеличивается влагоприток путем подачи влажного воздуха, водяного пара или воды в распы ленном состоянии.
Автоматическое управление обеспечивает выполнение ряда за программированных операций по сигналу. Например, при пуске поршневого компрессора автоматически отжимаются пластины всасывающих клапанов, открываются соленоидные вентили на трубопроводах подачи воды для охлаждения компрессора и холо дильного агента в испарителе.
7.3. Агрегаты холодильных машин и установок
Агрегатом называют конструктивное объединение нескольких или всех элементов холодильной машины. Агрегаты подразделя ются:
на компрессорные (тип К) — компрессор объединяется с элек тродвигателем, электропусковой аппаратурой и приборами авто матики;
компрессорно-конденсаторные (тип АК) — компрессор, конденсатор, электродвигатель и приборы автоматики смонтированы на одной станине;
аппаратные:
испарительно-регулирующие (тип АИР) — испаритель, реси вер, регулирующая станция и приборы автоматики;
испарительно-конденсаторные (тип АИК) — испаритель, конденсатор, регулирующая станция с приборами автоматики;
комплексные — объединяющие все элементы машины — комп рессор, конденсатор, испаритель и весь комплекс автоматичес ких регулирующих приборов и электропривод.
Холодильные машины могут компоноваться из отдельных аг регатов, например компрессорно-конденсаторного (АК) и испарительно-регулирующего (АИР).
Агрегаты одноступенчатого сжатия комплектуются поршневыми компрессорами.
Агрегаты двухступенчатого сжатия следует применять при температуре кипения холодильного агента -30 0С и ниже, когда отно шение давлений Рк/Р0 9.
Двухступенчатое сжатие может осуществляться следующими способами:
одним компрессором, часть цилиндров которого работает как ступень низкого давления, а остальные — как ступень высокого давления;
агрегатами двухступенчатого сжатия, скомпонованными как из компрессора низкого давления, так и из компрессора высокого давления.
В качестве ступени низкого давления в двухступенчатых агрега тах используют ротационные или винтовые компрессорные агрегаты, высокого — поршневые компрессорные агрегаты. В комп лект поставки агрегата входит также промежуточный сосуд с щитом приборов.
ГЛАВА 8
ОХЛАЖДАЕМЫЕ СООРУЖЕНИЯ И ХОЛОДИЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
8.1. Классификация холодильников для пищевых продуктов
Охлаждаемые сооружения, или холодильники, — это промыш ленные специально оборудованные здания с холодильной комп рессорной установкой, обеспечивающей в них температурно-влажностный режим, соответствующий технологическим нормам хра нения или производства пищевых продуктов.
В холодильниках поддерживают пониженную температуру воз духа (от +4 до -30 °С) и повышенную относительную влажность (80 — 95 %). Для создания и поддержания таких параметров их со оружают без окон, они имеют мощную тепловую изоляцию кров ли, наружных и внутренних ограждений, дверей, оснащаются обо рудованием для охлаждения помещений и устройствами для пред отвращения промерзания грунта в основании здания.
Классификация холодильников по назначению. По назначению различают следующие типы холодильников: заготовительные, производственные, распределительные, базисные, для хранения овощей и фруктов, продовольственных баз, портовые, перева лочные, предприятий розничной торговли и общественного пи тания, смешанного назначения.
Заготовительные холодильники сооружают в районах заготовок скоропортящихся пищевых продуктов. Они предназначены для первоначальной холодильной обработки, кратковременного хра нения и подготовки заготавливаемых продуктов к транспортиров ке на торговые предприятия или распределительные холодильни ки и холодильники других типов.
Производственные холодильники — составная часть пищевых предприятий (мясокомбинатов, рыбокомбинатов, консервных, молочных заводов и др.). Они осуществляют холодоснабжение тех нологических процессов производства. Их используют для охлаж дения, замораживания и хранения сырья и готовой продукции.
Распределительные холодильники предназначены для создания и хранения резервных, сезонных, текущих и страховых запасов ско ропортящегося сырья и готовой продукции, обеспечивающих рит мичность производства пищевых отраслей и равномерное снабже ние пищевыми продуктами населения в течение года.
Распределительные холодильники могут быть универсальными или специализированными в зависимости от номенклатуры со храняемых грузов. В состав распределительных холодильников, особенно вместимостью от 7000 до 20 000 т, могут входить цехи по выработке мороженого или быстрозамороженных пищевых про дуктов (ягод и т.д.), сухого и водного льда, фасовке масла, изго товлению полуфабрикатов. Такие холодильники называются хла докомбинатами.
Базисные холодильники предназначены для длительного хране ния резервов скоропортящихся продуктов (госрезерв). Эти холо дильники сооружают в местах, которые удалены от населенных пунктов и надежно защищены.
Холодильники для хранения овощей и фруктов могут быть само стоятельными предприятиями либо входить в состав плодоовощ ных и продовольственных баз. Они располагаются в сельской мес тности, играя роль заготовительных, или в местах потребления (в городах, поселках).
Холодильники продовольственных баз предназначены для обслуживания торговой сети небольших городов. В них поступают пи щевые продукты с производственных и распределительных холо дильников.
Портовые холодильники используют для хранения пищевых про дуктов, перевозимых водным транспортом. В них осуществляется перевалка пищевых продуктов с судов-рефрижераторов на желез нодорожный и автомобильный транспорт и наоборот, поэтому их относят к группе транспортно-экспедиционных.
Перевалочные холодильники предназначены для кратковремен ного хранения грузов при передаче их с одного вида транспорта на другой, например с железнодорожного на автомобильный и наоборот.
Холодильники предприятий розничной торговли и общественного питания предназначены для хранения запасов продуктов, кото рые реализуются предприятиями в течение нескольких дней.
Холодильники смешанного назначения выполняют несколько функций. Например, производственные и портовые холодильники в круп ных городах могут осуществлять одновременно функции распреде лительных. А портовые холодильники в рыбных портах могут выпол нять роль производственных холодильников рыбокомбинатов.
Классификация холодильников по грузовместимости. По грузовместимости холодильники подразделяют на мелкие (до 100 т), малые (до 300 т), средние (до 500 т), крупные (до 10 000 т) и сверхкрупные (свыше 10 000 т).
Грузовместимость (емкость) холодильников выражают в тон нах условного груза. За условный груз принимают мясо в полуту шах, имеющее при укладке на пол в штабель объемную массу 0,35 т/м3 или при размещении на подвесных путях загрузку 0,25 т на 1 м пути (исключая распределительные пути и стрелки). В зави симости от характера груза, его упаковки и укладки расчетная объемная масса груза может быть больше или меньше указанной. Условную грузовместимость холодильника определяют по фор муле
Ех = Ек.о + Ек.з + Ек.п,
где Ек.о и Ек.з — условные грузовместимости всех камер хранения соответственно охлажденных и замороженных грузов, т; Ек.п — условная грузовместимость всех камер хранения охлажденного мяса, оборудованных подвесными путями, т;
Ек.о = 0,35 Vг.о; Ек.з = 0,35 Vг.з; Ек.п = 0,25L,
где Vг.о, Vг.з – грузовой объем камер хранения соответственно охлажденных и замороженных грузов, м3; L — грузовая длина подвесных путей, м.
Условную грузовместимость можно перевести в фактическую (для конкретного груза) путем ее деления на коэффициент пере счета. Так, коэффициент пересчета, например, для яиц в картон ных коробках принимают равным 1,35, для сливочного масла в картонных ящиках — 0,44.
При определении грузовместимости холодильника не учиты вают камеры охлаждения и замораживания, охлаждаемые поме щения, не предназначенные для хранения продуктов (экспеди ции, накопительные камеры, загрузочные и разгрузочные поме щения, льдохранилища), а также неохлаждаемые помещения (под собные помещения, коридоры, вестибюли, лифтовые шахты и лестничные клетки).
Охлаждаемый строительный объем камеры холодильника, м3, определяют по формуле
Vc = FH,
где F — площадь пола камеры, м2; Н — высота камеры от пола до потолка, м.
Грузовой объем камеры Vг, меньше строительного:
Vг = Fг Hг < Vc,
где Fг — площадь пола камеры, на который уложен груз, м2; Нг — грузовая высота помещения, м;
Fг = F - f,
где f — общая площадь пола, занятая колоннами, проходами и проездами, холодильным оборудованием, м2;
Hг = H – h,
где h — расстояние от верха штабеля до потолка или балок, при боров охлаждения и воздушных каналов (0,2 — 0,3 м).
Грузовместимость распределительных холодильников устанав ливается на основе годового грузооборота. Имеющиеся в нашей стране распределительные холодильники рассчитаны на кратность грузооборота 4 —6 в год.
На холодильнике мясокомбинатов вместимость камер для хранения замороженного мяса должна соответствовать 40 —60-сменной производительности комбината по выработке мяса, а камер хранения охлажденного мяса — двухсуточному производственно му запасу. Грузовместимость холодильника при городском молоч ном заводе принимается равной 10— 15-сменному объему произ водства продукции, подлежащей хранению.
Холодильники грузовместимостью до 700 т относятся к I классу, свыше 700 т — ко II классу капитальности здания со сроком эксплуатации 50— 100 лет, от 250 до 700 т — к III классу со сро ком эксплуатации 25 — 50 лет, менее 250 т — к IV классу со сро ком эксплуатации 5 — 25 лет.
Основные несущие конструкции зданий II и III классов вы полняются из железобетона или стали.
Здания холодильников — одноэтажные и многоэтажные; иног да в них устраивают подвальный этаж.
В одноэтажных холодильниках, где нет необходимости поэтаж ного вертикального перемещения грузов, появляется возможность увеличения пролетов несущих конструкций здания до 24 — 30 м (по сравнению с сеткой колонн 6 · 6 м в многоэтажных холо дильниках), в два-три раза полезной нагрузки на полы вследствие их расположения на грунте, что позволяет складировать грузы на большую высоту (10 — 20 м). Однако одноэтажные холодильники отличаются повышенными по сравнению с многоэтажными теплопритоками через наружные ограждения (на 20 — 40 %), особен но через кровлю, поверхность которой может составлять до 70 % всей поверхности их наружных ограждений.
Для многоэтажных холодильников проще решается вопрос за щиты грунта в основании здания от промерзания. Они занимают меньшую площадь, теплопритоки через кровлю в общем балансе теплопоступлений в них меньше, чем в одноэтажных.
Объемно-планировочное решение и число холодильных камер того или иного назначения (структура грузовместимости) долж ны позволять внедрять передовую технологию холодильной обра ботки и хранения пищевых продуктов, организовывать рациональ ные грузопотоки в здании, добиваться высокого уровня механи зации погрузочно-разгрузочных и транспортно-складских работ, минимальных теплопритоков и расхода холода.
В России холодильники грузовместимостью свыше 4000 т ос нащены в основном камерами грузовместимостью более 400 т (свыше 90 %). Грузовместимость камер хранения замороженных продуктов (-20 °С) распределительных холодильников составляет 50 — 70%, камер хранения охлажденных продуктов (+4...-3°С) — 20 — 35%, универсальных (0...-20 °С) — 10—15%, камер замора живания (-30°С) — 0,5—1 %. Размеры камер различны. Напри мер, в одноэтажных холодильниках камеры для хранения заморо женных продуктов имеют площадь 300 — 600 м2, а камеры для хра нения охлажденных продуктов — до 300 м2. В многоэтажных холо дильниках площадь камер больше — до 1000 м2.
Камеры с одинаковым температурным режимом формируют блоки (отсеки) по горизонтали (на этажах) и вертикали (в здании). В подвале располагают камеры с температурой не ниже -3 0С, что бы не промерзал грунт под полом.
Многоэтажные холодильники строят шириной до 40 м, одно этажные — 24 — 72 м. Длина холодильника определяется в основ ном фронтом погрузочно-разгрузочных работ, т.е. длиной желез нодорожной и автомобильной платформ, которая зависит от вме стимости холодильника и грузооборота. Для холодильников вмес тимостью свыше 3000 т длина железнодорожной платформы должна быть не менее 120 м, т.е. достаточной для разгрузки 5-вагонной рефрижераторной секции.
Для охлаждения мяса используют до 3 камер, для заморажива ния — 5 - 7, для хранения охлажденного мяса — 1 - 2 (площадью 200 — 300 м2), замороженного мяса — 3 - 4 (площадью 300 — 1000 м2). В зависимости от необходимости для холодильной обра ботки и хранения используют универсальные камеры (от 1 до 3).
С утверждением в нашей стране рыночных отношений измени лись предусмотренные в проектах условия работы холодильных предприятий, в первую очередь распределительных холодильни ков, спроектированных и построенных в период планово-распре делительной экономики и предназначенных для единовременно го длительного хранения пищевых продуктов в больших количе ствах.
В связи с ростом грузооборота, вызванным сокращением сро ков хранения грузов, неритмичным их поступлением, малыми партиями грузов, использование имеющихся емкостей холодиль ников не превышает 25 — 35 %, в то время как раньше оно дохо дило до 100 %. Появилась необходимость в камерах небольшой вме стимости, которые могли бы арендовать мелкие торговые фирмы. Необходима перепланировка существующих холодильных камер, что позволит повысить степень загрузки холодильников, снизить себестоимость грузооборота, увеличить прибыль.
Создание холодильных камер вместимостью 100 т на базе хо лодильных вместимостей имеющихся распределительных холодиль ников позволяет увеличить количество охлаждаемых объемов и эффективность их использования.
На рис. 14 представлена схема реструктуризированной холо дильной камеры.
Рис. 14. Реструктуризированная холодильная камера:
1 — теплоизоляционное ограждение; 2, 9 — боковые ограждения; 3 — воздухо охладитель;
4 — передвижная перегородка; 5— пристенные батареи; 6— моно рельсовые пути;
7 — двери; 8 — уплотнитель из эластичного материала; 10 — автономные отсеки
При создании новых холодильников рационально компоновать их в виде модулей различной грузовместимости, приспособлен ных как для хладообработки грузов, так и для их хранения.
В качестве примера на рис. 15 приведена планировка модуля холодильной камеры для охлаждения, замораживания и хранения полутуш производительностью 6 т/сут хладообработки и 80 т хра нения.
Такие модули могут быть использованы и на действующих про изводственных и распределительных холодильниках при поступ лении малых партий мяса для охлаждения и замораживания туш и последующего их хранения в холодильных камерах, а также для хранения мяса при малых сроках реализации. Эти модули могут устанавливаться и на удаленных территориях, где не развиты транс портные коммуникации, для обеспечения снабжения местного населения.
Приведем технические характеристики холодильных модулей производительностью по замораживанию 1; 3 и 6 т мяса в сутки (табл. 1).
В отличие от существующих холодильников, каркасы которых выполняются из сборных железобетонных конструкций с много слойными ограждающими стенами из кирпича или железобетон ных панелей с тепловой изоляцией, каркас модулей выполняется из металлических рам, профильного железа и трубных стоек, а стены — из теплоизолированных пенополиуретаном панелей типа «сэндвич». Такая конструкция позволяет транспортировать модуль в разобранном виде по железной дороге и автомобильным транс портом.
Холодоснабжение обеспечивают 4 холодильные машины с воз душным охлаждением конденсаторов, позволяющие регулировать, температуру путем отключения отдельных агрегатов в зависимо сти от загрузки камер и наружной температуры. Максимальная потребляемая мощность при температуре в камерах -3°С 1,2 кВт.
Таблица 1
Технические характеристики холодильных модулей
|
Показатель
|
Производительность модулей
|
|
|
1/15
|
3/40
|
6/80 (тип I)
|
6/80 (тип II)
|
|
Габаритные раз меры, мм
|
7640х3240х3800
|
9850х4200х5040
|
11700х8000х5040
|
9850х8000х5040
|
|
Тип холодильных машин и их число
|
МММ 6-2-4; 2
|
МВБ 6-2-4; 2
|
МКВ 40-7-2; 1
|
МВВ6-2-4; 4
|
|
Суммарная установ ленная мощность, кВт
|
11
|
11
|
32
|
22
|
Примечание. В числителе приведено значение производительности моду лей при замораживании в т/сут, в знаменателе — при хранении в т.
Рис. 15. Планировка модуля холодильной камеры:
1 — камера охлаждения на 3 подвесных пути; 2 — камера замораживания на 3 подвесных пути; 3 — платформа с навесом; 4 — моноблочные холодильные ма шины; 5 — легкое металлическое укрытие; 6 — откатные утепленные двери; 7 — испарительные батареи; 8 — подвесные пути; 9 - стеллажи для субпродуктов
8.2. Охлаждающие среды, их свойства и параметры
Охлаждающей средой называется среда с более низкой, чем у продукта, температурой, при контакте с которой происхо дит теплообмен и снижается температура продукта. Возможно охлаждение и без непосредственного контакта со средой, когда продукт находится в упаковке.
К охлаждающим средам предъявляют ряд требований. Они не должны ухудшать товарный вид продуктов, иметь запах, быть ток сичными, оказывать химическое воздействие на продукты и обо рудование.
Охлаждающая среда с физической точки зрения может быть газообразной, жидкой, твердой и смешанной.
Газообразная охлаждающая среда. В холодильной обработке и хранении продовольственных товаров распространение получила воздушная среда как наиболее безопасная, технологичная и эко номичная.
В комбинации с воздухом в качестве газовой охлаждающей среды на практике применяют также диоксид углерода, азот, модифи цированную и регулируемую газовую среду.
Атмосферный воздух— это базовая смесь сухого возду ха и водяных паров. В состав сухого воздуха входят азот (78 %), кислород (21 %), углекислый газ (0,02 — 0,03%), а также аргон, неон, гелий, водород. Количество водяного пара, содержащегося в 1 м3 воздуха, может колебаться от долей грамма до нескольких десятков граммов, что зависит от его температуры. Водяной пар в 1,6 раза легче воздуха.
Основными физическими величинами, характеризующими воз дух как охлаждающую среду, являются температура, относитель ная влажность, парциальное давление насыщенных паров, ско рость движения воздуха.
Температура — термодинамическая величина, характеризую щая тепловое состояние тела и определяющая степень его нагретости. Прямо пропорциональна кинетической энергии теплового движения молекул.
Относительная влажность воздуха характеризует степень его насыщения водяными парами и измеряется как отношение коли чества водяного пара, содержащегося в 1 м3 воздуха, к макси мальному количеству водяного пара, которое может содержаться в этом объеме при той же температуре. Относительную влажность выражают в процентах или относительных единицах.
Большинство продуктов животного и растительного происхож дения содержит значительное количество воды, причем до 90 % ее находится в свободном виде в межклеточных пространствах и в составе ткани в виде мельчайших капель. Такая вода легко удаляет ся из продукта и так же легко поглощается им, поэтому в камерах холодильной обработки и хранения воздух имеет высокую относи тельную влажность. Она устанавливается в зависимости от соотно шения влагопритоков от продуктов, через ограждения, дверные проемы и влагоотвода (конденсации) на охлаждающих приборах.
С повышением температуры воздуха увеличивается его влагоудерживающая способность. Поскольку вне камеры температуры обычно выше, то содержание влаги и парциальное давление так же более высокие. Под действием разности парциальных давлений поток влаги через ограждающие конструкции направлен внутрь камер, а холодный воздух, содержащий меньшее количество во дяных паров, — наружу. Соотношение количества влаги, посту пившей в камеры вместе с теплым воздухом и ушедшей с холод ным, определяет величину тепло- и влагопритока.
При естественных условиях парциальное давление насыщенных паров над поверхностью продуктов, как правило, выше, чем в воздухе холодильной камеры, что вызывает перенос влаги от про дукта к воздуху и потерю массы продукта (усушку).
Перенос влаги вследствие испарения зависит и от скорости движения воздуха. При контакте с приборами охлаждения воздух, насыщенный водяными парами, отдает часть влаги, которая осе дает на них в виде капель или инея. Процесс этот носит постоян ный характер. Соотношение между количеством влаги, поступив шей к воздуху в камере и отданной воздухом теплоотводящим охлаждающим поверхностям, определяет установившееся значе ние относительной влажности воздуха в камере.
Масса испарившейся влаги G, кг, может быть определена по разности парциальных давлений у поверхности продукта и в окру жающей среде:
G = (P – P') F,
где — коэффициент испарения, кг/(м2·Па·с); Р — парциаль ное давление насыщенного пара у поверхности продукта, Па; Р' — парциальное давление насыщенного пара в окружающей среде, Па; — относительная влажность воздуха в холодильной камере; F — площадь испаряющейся поверхности, м2; — продолжитель ность процесса испарения, с.
В камерах длительного хранения продуктов поддерживают оп тимальное значение относительной влажности путем автомати ческого регулирования количества водяного пара, подаваемого в камеру.
Газообразный диоксид углерода может применять ся при всех методах холодильной обработки, а также в сочетании с другими методами консервирования.
При атмосферном давлении диоксид углерода тяжелее воздуха, он имеет меньшую удельную теплоемкость — соответственно 0,837 и 1,0006 кДж/(кг·К) и коэффициент теплопроводности соответственно 0,0137 и 0,0242 Вт/(м·К). Плотность сухого льда 1,4—1,5 кг/дм3, а объемная холодопроизводительность — в три раза выше, чем водяного. При помощи диоксида углерода можно получить широкий диапазон температур, а в смеси с эфиром до -100°С.
На диаграмме равновесия фаз диоксида углерода (рис. 16) видны три линии, выходящие из одной точки а, называемой тройной. При параметрах, соответствующих этой точке (Р = 5,28 • 10-5 Па, t= -56,6 °С), диоксид углерода может находиться сразу в трех состояниях, а ниже 5,28 · 10-5 Па — только в твердом и газообраз ном. Это означает, что если к твердому диоксиду углерода подве сти теплоту при давлении, меньшем указанного, то он перейдет в газообразное состояние, минуя жидкую фазу (сублимация). При дросселировании диоксида углерода с давления 2—3 МПа до ат мосферного можно получить струю газообразной и мелкодисперсной (в виде снега) смеси температурой -79 °С. При разбрызгива нии ее в камере и на продукты дополнительно создается сильная циркуляция и за счет испари тельного эффекта отводится теп лота, что способствует ускоре нию охлаждения. Диоксид угле рода тормозит развитие микро организмов, что способствует созданию консервирующего эф фекта при хранении продуктов. Степень его воздействия зави сит от концентрации, темпера туры среды и вида микроорга низмов.
Рис. 16. Диаграмма равновесия фаз диоксида углерода:
1 — парообразная; 2 — твердая; 3 — жидкая; а — тройная точка
Холодильное хранение про дуктов в сочетании с диоксидом углерода задерживает развитие плесневых грибов, бактерий, а эффективность процесса хране ния определяется его темпера турой. Консервирующее действие диоксида углерода усиливает по варенная соль. Кроме того, он обладает хорошей растворимостью в жирах и продуктах с высоким содержанием жира, где находится в свободном состоянии, а при перемещении продукта в обычную среду легко выделяется. Растворяясь в жире, диоксид углерода вытесняет из него кислород, что способствует замедлению окис ления жира при длительном хранении.
Перспективно применение диоксида углерода для замора живания мяса в полутушах, охлаждения и замораживания мяса после обвалки в парном виде, охлаждения и замораживания мяса птицы, замораживания полуфабрикатов и формования фаршевых изделий, упаковки продуктов в среде диоксида угле рода, охлаждения транспортных средств, реализации мороже ного и т.д.
Газообразный азот для охлаждения и замораживания про дуктов получают из жидкого азота, который хранится в специаль ных резервуарах при давлении несколько выше атмосферного. Жидкий азот имеет температуру кипения -195,8 °С и в газообраз ном виде позволяет понижать температуру в охлаждаемом объеме очень быстро и в широком диапазоне. Поскольку воздух на 78 % состоит из азота, физические свойства этих газов различаются мало. Так, азот имеет несколько меньшие плотность и коэффициент теплопроводности, а теплоемкость выше. Теплота фазового пре вращения примерно в три раза ниже, чем у диоксида углерода. При охлаждении продуктов средний расход газообразного азота составляет 1 — 1,2 кг на 1 кг продукта, а с учетом сравнительно высокой стоимости его применяют для хранения особо ценных Продовольственных товаров (либо при отсутствии энергии). В тоже время его применение достаточно эффективно при предвари тельном охлаждении плодов и транспортировании безмашинным холодильным транспортом. При охлаждении, транспортировании I и хранении продуктов принимают меры для предотвращения под мораживания. С этой целью газ низкой температуры в специаль ном резервуаре перемешивают с газом из охлаждаемого помеще ния, понижая его температуру до необходимой. При использова нии газообразного азота, так же как и диоксида углерода, резко сокращается содержание кислорода, что тормозит развитие мик роорганизмов и окислительные процессы.
Жидкая охлаждающая среда. В качестве жидких охлаждающих сред для охлаждения продуктов используют ледяную воду и сла бые солевые растворы, а для замораживания — водные растворы солей высокой концентрации, гликоли, жидкие азот, диоксид углерода и воздух, хладоны и т.д.
Жидкие среды обладают большей теплопроводностью и теплоемкостью, чем газообразные, поэтому при их применении суще ственно сокращается продолжительность холодильной обработки продуктов.
Для охлаждения продуктов до температуры, близкой к 0°С, применяют чистую ледяную воду. Охлаждают продукты методами погружения или орошения. Эти способы достаточно эффективны для охлаждения птицы, рыбы, плодов.
Более низкие температуры можно получить при использовании слабых солевых растворов — морской воды и слабых растворов хлорида натрия, магния, кальция. Температура замерзания морс кой воды в зависимости от содержания в ней солей колеблется от -1,5 до -3 °С. Лучшие результаты дает добавление льда в холодную воду.
Продолжительность охлаждения в холодной воде зависит от вида и объема продукта, температуры воды, скорости ее циркуляции и составляет от нескольких минут до нескольких часов.
Для замораживания продуктов применяют водные растворы со лей высокой концентрации. При повышении концентрации соли температура их замерзания понижается. Самая низкая температу ра их замерзания называется криогидратной, а соответствующая концентрация соли — эвтектической. Такое состояние является следствием термодинамического равновесия трех фаз — раствора, соли и льда. С дальнейшим повышением содержания соли в смеси температура плавления не понижается, а повышается.
На практике применяют водные растворы солей хлорида на трия, магния и кальция, которые при эвтектической концентра ции имеют минимальную температуру замерзания — соответствен но -21,2, -33,6 и -55 °С. Ограниченно используют также растворы сульфата натрия, цинка и хлорида калия, криогидратная темпе ратура которых составляет соответственно -1,2, -6,5 и -11,1 °С.
Хлорид натрия дешев, обладает высокой теплопроводностью, но имеет большую коррозионную способность, при заморажива нии неупакованных продуктов частично их просаливает; к тому же он весьма токсичен, что ограничивает применение растворов этих солей. Как правило, их используют в закрытых системах ох лаждения, которые меньше подвержены коррозии благодаря бо лее низкому содержанию кислорода и применению специальных добавок — пассиваторов (силикат натрия, хромовая смесь и др.), уменьшающих коррозию. Наибольшее применение они находят в безмашинных способах охлаждения холодоаккумуляторами с эв тектическим раствором (эвтектические плиты) на холодильном транспорте, а также при рассольном охлаждении в старых систе мах охлаждения больших холодильников.
Гликоли — жидкости, водные растворы которых имеют низ кую температуру замерзания. Гликоли менее агрессивны по от ношению к металлам, но более вязки и менее теплопроводны. Этиленгликоль слабо ядовит, без запаха, смешивается с водой в любых соотношениях, температура замерзания чистого этиленгликоля -17,5°С, а его 70%-ного раствора в воде -67,2°С. Пропиленгликоль в водных растворах не взаимодействует с металлами, нетоксичен. Эти хладоносители очень эффективны для быстрого замораживания продуктов небольшой массы в упакованном виде.
Для замораживания продуктов до -40 °С можно использовать также дихлорметан, представляющий собой бесцветную жидкость, почти нерастворимую в воде, с температурой замерзания -6°С. К его недостаткам относятся небольшая теплоемкость и горючесть.
Жидкий азот применяют для замораживания особо ценных про дуктов орошением или погружением, а также для получения газо образного азота и его использования в смеси с воздухом. Темпера тура кипения жидкого азота -195,6°С, поэтому между заморажива емым продуктом и охлаждающей средой создается большой темпе ратурный перепад, что значительно интенсифицирует процесс. Ана логично используют жидкие диоксид углерода, воздух, хладоны.
Твердая охлаждающая среда. К твердым охлаждающим средам относят водный лед, смесь льда и соли (льдосоляное охлажде ние), сухой лед.
Водный лед, полученный из пресной и морской воды, исполь зуют для охлаждения, хранения и транспортирования продуктов питания.
Широкое применение льда в качестве охлаждающей среды объяс няется прежде всего его физическими свойствами, а также эконо мическими факторами. Температура плавления водного льда при ат мосферном давлении 0 °С, удельная теплота плавления 334,4 Дж/кг, плотность 0,917 кг/м3, удельная теплоемкость 2,1 кДж/(кг • К), теплопроводность 2,3 Вт/(м · К). При переходе воды из жидкого состояния в твердое (лед) происходит увеличение объема на 9 %.
Естественный лед заготавливают путем вырезания или выпи ливания крупных блоков изо льда, образовавшегося на естествен ных водоемах, послойного намораживания воды на горизонталь ных площадках, наращивания сталактитов в градирнях. (Особым спросом для пищевых целей пользуется гренландский и антарк тический лед как наиболее чистый. Возраст гренландского льда более 100 000 лет.) Лед хранят на площадках в буртах, укрытых насыпной изоляцией, и в льдохранилищах с постоянной и вре менной теплоизоляцией.
Искусственный лед получают путем замораживания чистой пресной или морской воды в льдогенераторах. Качество льда, его форма, размер и способ получения, хранения и доставки потре бителю обусловлены назначением и спецификой применения.
Матовый лед изготавливают из питьевой воды без какой-либо ее обработки в процессе замораживания. В отличие от естествен ного он имеет молочный цвет, обусловленный наличием большо го количества пузырьков воздуха, которые образуются в процессе превращения воды в лед. Пузырьки уменьшают проницаемость льда для световых лучей, и он становится непрозрачным.
Прозрачный лед по виду напоминает стекло. Для его получения в форму наливают воду и при помощи форсунок продувают через нее сжатый воздух. Проходя через замораживаемую воду, он захватывает и увлекает за собой пузырьки воздуха. Прозрачный лед изготавливают в виде кусков небольших размеров и использу ют для охлаждения напитков.
Лед с бактерицидными добавками предназначен для охлаждения рыбы, мяса, птицы и некоторых видов овощей путем непос редственного соприкосновения с ними. Бактерицидные добавки снижают обсемененность продуктов микроорганизмами.
В зависимости от формы и массы искусственный лед бывает блочный (5 — 250 кг), чешуйчатый, прессованный, трубчатый и снежный.
Блочный лед дробят на крупный, средний и мелкий.
Чешуйчатый лед получают путем напыления воды на вращаю щийся барабан, плиту или цилиндр, являющиеся испарителями хладагента. Вода на поверхности барабана быстро замерзает, а об разовавшийся лед при его вращении срезается фрезами или но жом. Льдогенераторы производят от 60 до 5000 кг/сут такого льда. Чешуйчатый лед эффективен при охлаждении рыбы, мясных из делий, зеленых овощей, некоторых плодов. Наибольший коэффи циент теплоотдачи достигается, когда при охлаждении продукты плотно соприкасаются со льдом.
В результате смешивания дробленого водного льда с различными солями помимо теплоты таяния льда поглощается теплота растворения соли в воде, что позволяет существенно понизить температуру смеси. Раствор может быть охлажден до криогидратной точки.
Льдосоляное охлаждение осуществляют как контактным, так и бесконтактным способом.
Недостатком контактного льдосоляного охлаждения является просаливание продукта, которое при длительном хранении сти мулирует окисление жира, вызывает снижение товарного вида и потребительских достоинств. Бесконтактное льдосоляное охлаждение в виде полых плит с эвтектическими растворами позволяет избежать этих недостатков.
Сухой лед — твердый диоксид углерода. Производство сухого льда состоит из трех последовательных стадий: получения чистого газообразного диоксида углерода, сжижения его до образования снегообразной массы и прессования последней блоками плотнос тью 1400— 1500 кг/м3. Различают его производство по циклу высо кого, среднего и низкого давлений.
Сухой лед из жидкого диоксида углерода также получают дву мя способами: дросселированием жидкого диоксида углерода по давлению тройной точки с последующим прессованием рыхлого влажного снега в блоки сухого льда; дросселированием до атмосферного давления с уплотнением блока льда в процессе льдооб разования. Как охлаждающая среда он имеет значительные пре имущества перед водным льдом: холодопроизводительность на еди ницу массы в 1,9, а на единицу объема в 7,9 раза больше; при атмосферном давлении сухой лед переходит в газообразное состо яние-, минуя жидкую фазу, что исключает увлажнение поверхно сти продукта. Благодаря низкой температуре сублимации сухого льда (-78,9 °С) и выделению газообразного диоксида углерода понижается концентрация кислорода у поверхности продукта, со здаются неблагоприятные условия для жизнедеятельности микро организмов.
Сухой лед укладывают поверх и между упаковок продуктов и используют как охлаждающую среду для хранения мороженого, фруктов, ягод. Сухой дробленый лед используют в специальных системах охлаждения, для чего его помешают в металлические емкости. Продукты сублимации льда отводят в грузовой объем помещения или наружу.
Прямым эжектированием жидкого диоксида углерода получа ют твердый гранулированный, или снегообразный, диоксид уг лерода, который используют для охлаждения упакованных про дуктов (мясных, рыбных, овощных).
В многоплиточных и конвейерных морозильных аппаратах в качестве теплопередающей среды используют различные металлы в виде полых плит, внутри которых циркулирует промежуточный хладоноситель. Металлы имеют высокую тепло- и температуро проводность и, непосредственно соприкасаясь с продуктом, ин тенсифицируют теплообмен. Наиболее широко применяют сталь, чугун, медь, алюминий и алюминиевые сплавы.
В качестве охлаждающей взвешенной в воздухе промежуточной теплопередающей среды при флюидизационном способе замора живания применяют мелкодробленый лед, полимерные шарики, а также композиции (например, смесь, состоящую из манной крупы, сахара, соли и мелкодробленого льда). Такая среда под воздействием направленного вверх с небольшой скоростью воздуш ного потока, создаваемого вентиляторами, превращается в кипя щий слой, через который движется замораживаемый продукт. Та ким способом замораживают ягоды, овощи, полуфабрикаты.
8.3. Приборы измерения и контроля параметров
охлаждающих сред и продуктов
Основные режимные параметры холодильной обработки и хра нения продуктов — температура, относительная влажность возду ха и скорость его движения. Они взаимосвязаны и в совокупности позволяют достаточно точно охарактеризовать состояние охлаждаю щей среды и продуктов.
Наиболее важным параметром, который необходимо поддер живать в заданных пределах, является температура охлаждающей среды и продуктов.
Средства и методы контроля температурного режима занима ют важное место в обеспечении нормального функционирова ния системы холодильной цепи. Для этого используют как клас сические термоизмерительные средства (термометры, термогра фы), так и различные специальные термоиндикаторы и элект ронные цифровые приборы. Условия функционирования различ ных звеньев холодильной цепи имеют свои особенности, поэто му необходимо, чтобы термоизмерительные средства соответство вали конкретным условиям и типам используемого холодильно го оборудования. Контроль за температурой осуществляют для того, чтобы зарегистрировать отклонения от требуемого режи ма, а также убедиться в том, что оборудование функционирует нормально.
Приборы контроля за температурой среды и продуктов. Для этих целей используют различные виды термометров.
Жидкостные термометры расширения в зависимости от напол нителя бывают ртутные и спиртовые. Принцип их работы основан на зависимости объема жидкости от температуры.
Ртутные термометры используют для измерения температур до -30 °С, а спиртовые и толуоловые — ниже -30 °С.
Ртутные термометры отличаются высокой точностью, стабиль ностью в работе, простотой в использовании. Их основной недо статок — токсические свойства ртути.
Спиртовые термометры фиксируют фактическое показание тем пературы в момент считывания. Их преимущества — достаточно высокая точность, простота применения, безопасность в случае утечки жидкости, а также невысокая стоимость.
Жидкостные термометры имеют большую инерционность, по этому отсчет показаний начинают через 5—10 мин после уста новки в твердых и жидких телах и через 30 мин — в газообразных.
Принцип действия циферблатных термометров основан на теп ловом расширении газов или металлов с применением термочув ствительных элементов. Такие термометры могут быть снабжены указателями минимальной и максимальной температур, а также фиксаторами этих значений с момента считывания предыдущих показаний.
В жидкокристаллических термометрах термочувствительный эле мент — жидкий кристалл, цвет которого изменяется в зависимости от температуры внешней среды. Шкала такого термометра может быть откалибрована в нужном диапазоне с интервалом 1 — 2 °С.
Принцип действия цифровых электронных термометров осно ван на изменении термоэлектрических свойств термочувствитель ного элемента в зависимости от температуры внешней среды. Ре зультаты измерения отображаются посредством цифровой инди кации на дисплее. Их преимущества — высокая точность, мгно венная индикация температуры, простота и удобство использова ния, особенно для дистанционного контроля температуры. В каче стве термочувствительного элемента используют, как правило, металлы и их сплавы (медь, платина).
Электрические термометры состоят из первичного преобразова теля температуры в электрическое сопротивление и вторичного, который преобразует изменения электрических параметров в пока зания на шкале. Такие термометры сопротивления присоединяют к телетермометрам, логометрам или электронным мостам, что по зволяет осуществлять групповой контроль температуры. В этих при борах последовательное подключение термометров сопротивления (датчиков) и регистрация температур производятся автоматичес ки. Расстояние от датчиков для дистанционного измерения темпе ратуры может быть любым. Такие приборы особенно удобны для контроля температурного режима в различных видах стационар ного и транспортного холодильного оборудования, которое мож но при этом не открывать.
Термоиндикаторы бывают химическими и биологичес кими (биосенсорами). Принцип действия химических индикато ров основан на использовании специальных красителей, кото рые при активации индикатора реагируют на повышение темпе ратуры сверх определенного уровня необратимым изменением окраски.
Термографы применяют для непрерывной графической регистрации температуры внутри холодильной камеры. Он пред ставляет собой комбинированное устройство, состоящее из термометра и приспособления для непрерывной графической регис трации температуры. Цикл работы такого прибора, как правило, составляет сутки и неделю. Применяют недельный термограф для контроля температурного режима в камерах хранения охлажден ных и замороженных продуктов.
Методы и приборы контроля относительной влажности воздуха. Для измерения относительной влажности воздуха в камере ис пользуют психометрический и гигрометрический методы.
Психометрический метод основан на зависимости разности по казаний сухого и мокрого термометров психрометра от степени насыщения воздуха водяными парами. У одного из термометров (мокрого) ртутный или спиртовой шарик обернут батистом или марлей, смоченными в воде. Процесс испарения влаги сопровож дается затратой энергии, и температура мокрого термометра ста новится ниже температуры сухого. Причем психометрическая раз ность температур пропорциональна степени сухости воздуха. По этой разнице с помощью специальных таблиц определяют отно сительную влажность воздуха.
Прибор используют для измерения относительной влажности воздуха при температуре не ниже -5°С. С понижением температу ры воздуха психометрическая разность температур уменьшается и точность замера снижается.
Для измерения влажности воздуха в холодильных камерах при малых и переменных скоростях его движения служит психрометр с побудительной циркуляцией — аспирационный психрометр Ассмана.
Гигрометрический метод определения влажности воздуха по зволяет осуществлять ее контроль при температурах от +40 до -60 °С. Различают сорбционные гигрометры, принцип действия ко торых основан на изменении длины чувствительного элемента под действием на него влаги воздуха, и гигрометры, работающие по принципу определения точки росы. Метод определения влажно сти с помощью гигрометра достаточно точен и при отрицатель ных температурах.
Чувствительным элементом сорбционных гигрометров являет ся обезжиренный человеческий волос, который при увеличении относительной влажности воздуха от 0 до 100% удлиняется на 2,5 %. Вместо волос в качестве чувствительного элемента приме няют животные (жилы) и вискозные пленки, капроновые нити. Сорбционные гигрометры показывают относительную влажность воздуха непосредственно на шкале прибора и в отличие от псих рометров не нуждаются в подготовке к измерениям.
Для измерения и регулирования влажности непосредственно в камере применяют пленочный регулятор влажности (ПРВ), а для дистанционного измерения — пленочный измеритель влажности (ПИВ).
Комплектные устройства дистанционного измерения, регист рации и регулирования относительной влажности воздуха состоят из электронного одно- или многоточечного автоматического мос та, являющегося измерительным блоком, и электролитического влагочувствительного элемента (датчика), на котором сопротив ление влагочувствительной пленки изменяется в зависимости от влажности контролируемого воздуха.
Для непрерывного графического контроля влажности воздуха служит гигрограф, записывающее устройство которого аналогич но устройству термографа. Гигрографы бывают с суточным или недельным заводом.
Принцип действия гигрометров, работающих на основе изме рения точки росы, заключается в определении температуры, до которой необходимо охладить (при постоянном давлении) нахо дящийся в воздухе водяной пар, чтобы вызвать его конденсацию. Такие гигрометры называются конденсационными.
Приборы контроля скорости движения воздуха. Скорость дви жения воздуха при холодильной обработке продуктов измеряют механическими и электрическими анемометрами и кататермомет рами. Последние применяют для измерения скорости движения воздуха менее 0,5 м/с.
Чашечные анемометры предназначены для измерения скорос ти движения воздуха от 1 до 50 м/с, а крыльчатые — от десятых долей до 3 — 4 м/с.
Для дистанционного контроля скорости движения воздуха ис пользуют электрические анемометры. Принцип их действия осно ван на охлаждении потоком воздуха проводника, подогреваемого электрическим током. Чем выше скорость движения воздуха при постоянной силе тока через проводник, тем интенсивнее отвод теплоты, а следовательно, ниже температура проводника. Темпе ратуру проводника измеряют с помощью термопары или опреде ляют косвенным путем по изменению сопротивления.
Переносные полупроводниковые электротермоанемометры, в которых в качестве датчика применяется полупроводниковое тер мосопротивление, позволяют с высокой точностью определять температуру и малые скорости движения воздуха в течение нескольких секунд.
8.4. Конструкции холодильников
Конструкции холодильника подразделяют на несущие и ограж дающие.
Ограждающие конструкции защищают здание от воздействия внешней среды (стены и покрытия) или условий соседних поме щений (междуэтажные перекрытия в многоэтажных холодильни ках, полы, внутренние стены).
Несущие конструкции для многоэтажных и одноэтажных хо лодильников различны.
В многоэтажных холодильниках несущей конструкцией служит каркас, наружные стены являются самонесущими.
Каркас состоит из сборных железобетонных вертикальных колонн (их сетка 6x6 м), сборных капителей, надколонных и пролетных плит. Каркас воспринимает собственную массу конструкций, массу снега на кровле, ветровую нагрузку, массу хранящихся продуктов, а также механизмов и передает эту нагрузку через фундамент на осно вание — грунт, на котором расположен холодильник.
Наружные стены несут нагрузку собственной массы, т.е. неза висимы от каркаса (самонесущие), и крепятся к каркасу. Они вы полняются из полнотелого кирпича с применением теплоизоля ционного слоя или специальных сборных стеновых панелей.
В одноэтажных холодильниках несущие конструкции монтиру ют из сборных железобетонных элементов — колонн, балок и плит покрытия. Сетка колонн 6х12 м. Стены самонесущие. Масса хра нящихся на холодильнике продуктов и механизмов воспринима ется полами, расположенными на грунте, а не несущей конст рукцией холодильника. Это позволяет увеличить нагрузку на пол до 4000 кг/м2.
В последнее время строят одноэтажные холодильники из об легченных конструкций. В них колонны и балки (фермы) выпол нены из стальных профилей. Сетка колонн имеет размер 6х24 (36) м. Элементы наружных стен и покрытия монтируют из облегченных трехслойных панелей, получивших название «сэндвич». В этом слу чае большие холодильные камеры могут быть без внутренних ко лонн. Холодильники такого типа бывают двух видов: с внутрен ним или наружным каркасом. Если каркас наружный, колонны и фермы остаются снаружи здания, их закрывают профилирован ным стальным настилом, отнесенным от них на расстояние 50 — 60 см для образования сквозного прохода вдоль стен. Панели типа «сэндвич» монтируют к каркасу изнутри.
Наружные ограждающие конструкции. В наружных стенах зда ний можно выделить три основных слоя.
Наружный слой — несущий, выполняется из кирпича, оштукатуренного с одной или двух сторон, железобетонных (в много этажных холодильниках) или керамзитовых (в одноэтажных хо лодильниках) панелей. Этот слой воспринимает нагрузку собствен ной массы всех слоев стены и ветровую нагрузку, защищает теп ловую изоляцию от механических повреждений и погодных фак торов, а также создает общий вид фасада здания. Кирпичные сте ны крепят стальными анкерами к каркасу здания в уровнях меж дуэтажных перекрытий или покрытия здания.
Средний слой — изоляция из теплоизоляционных материа лов. Между наружным слоем и тепловой изоляцией осуществляется пароизоляция, защищающая тепловую изоляцию от увлажнения.
Третий слой — внутренний — оштукатурен и предназначен для зашиты теплоизоляции от разрушения при грузовых работах на холодильнике и устранения контакта изоляционных материалов с пищевыми продуктами.
В стенах из облегченных панелей типа «сэндвич» наружный и внутренний слои выполняют из листового металла (гладкого или профилированного) — алюминия либо стали. Средний теплоизо ляционный слой — из пенопластов. Пароизоляцию не делают. Ее функции выполняют металлические листы облицовки. Панели крепят к каркасу здания, тщательно герметизируя стыки между ними.
Покрытия холодильников после 1960-х годов сооружают совме щенными бесчердачными. Они состоят из трех конструктивных эле ментов: несущих конструкций (балок, ферм, плит), теплоизоля ции и плоской кровли-гидроизоляции и основания под нее.
Для гидроизоляции наклеивают на горячей битумной мастике на основание 4 - 5 слоев рулонных кровельных материалов — ру бероида подкладочного и покровного. Для повышения отражаю щей способности кровли по отношению к солнечной радиации в целях уменьшения теплопритоков в холодильник, а также защи ты гидроизоляции от механических повреждений и влияния пого ды поверх кровельного ковра укладывают более светлый матери ал, например фольгоизол. В России разработан и выпускается теплоотражательный материал ДМПС (дублированный металлизиро ванной пленкой спецматериал), имеющий степень черноты не более 0,06. Этот материал может наноситься взамен последнего слоя кровельного покрытия, он резко уменьшает поступление тепла от солнечной радиации, что особенно важно для одноэтажных холодильников.
Внутренние ограждающие конструкции. Междуэтажные перекры тия многоэтажных холодильников выполняют трехслойными. Ниж ний слой составляют железобетонные плиты перекрытия. Тепло изоляцию укладывают на перекрытие сверху. Теплоизоляционную конструкцию защищают от увлажнения пароизоляцией, которая может быть сверху или снизу. Пароизоляцию относительно тепло изоляционного слоя наносят со стороны помещений с более вы сокой температурой. Верхний слой составляет конструкция пола, включающая бетонную стяжку (подстилающий слой) и покрытие «чистого» пола.
Подстилающий слой придает полу прочность, равномерно Распределяя нагрузку на расположенную ниже теплоизоляцию, и выравнивает основание под покрытие пола. Покрытие пола может быть из асфальтобетона, металлических, бетонных армированных, Мозаичных, шлакоситалловых плит.
При наличии подвала перекрытие между первым этажом и подвалом выполняют как междуэтажное.
Конструкция полов первого этажа в зданиях без подвалов мо жет быть различной в зависимости от того, какое устройство применено для защиты от промерзания грунта под холодильником. При замерзании грунта его объем увеличивается, в результате со здается вертикальная выталкивающая сила, воздействующая на здание. Это приводит к деформации полов и конструкций здания и даже к его разрушению. Наличие подвального этажа, в котором температура воздуха 0°С, предотвращает промерзание грунта под холодильником.
При отсутствии подвала грунт в основании защищают от промерзания путем подвода теплоты к основанию здания одним из трех способов: теплым воздухом, нагретой жидкостью или элект рообогревом. Воздушная система обогрева грунта обеспечивается за счет ветрового напора подполья, т.е. отрыва полов холодильни ка от грунта на высоту 1 — 1,8 м, или устройством под полом воз душных каналов (шанцев), по которым летом вентилятором про гоняется теплый наружный воздух, а зимой — подогретый.
При жидкостном обогреве в железобетонную плиту основания, расположенную под полом, закладывают систему трубопроводов, по которой с помощью насоса циркулирует жидкость (этиленгликоль, смазочное масло), подогреваемая в теплообменниках па ром, электроэнергией и т.д. Электрический обогрев осуществля ется электронагревателями, к которым электрический ток подво дится через трансформаторы, понижающие напряжение до 36 В.
Стальные стержни (арматурную проволоку) укладывают в бетонные плиты основания. Особое внимание уделяют гидроизоля ции конструкции пола, которую выполняют в виде двух слоев гидроизола на горячей битумной мастике.
В зоне расположения устройств для обогрева грунта необходимо поддерживать температуру 2°С.
Межкамерные перегородки сооружают из блоков строительных материалов с хорошими теплоизоляционными свойствами (пенобетон, пеностекло) или двухслойными — кирпичная стен ка (бетонные панели) и эффективная изоляция с зашитой от увлажнения пароизоляцией и оштукатуриванием внешних по верхностей.
В холодильниках устанавливают специальные изолированные двери. По контуру примыкания дверей к дверной коробке закла дывают герметизирующие прокладки из упругих материалов (губ чатая резина). Двери оснащают замками натяжного типа.
Прислонные двери (распашные) ручные, откатные — механические. Каркас дверей выполняют из дерева, теплоизоляция име ет толщину до 150 мм. С двух сторон двери обивают оцинкованным стальным листом. Для предотвращения примерзания дверей к дверной коробке устанавливают электрообогрев. Для уменьше ния притока теплого воздуха в охлаждаемые помещения при от крывании дверей их оснащают воздушными завесами или брезентовыми шторами.
Теплоизоляционные материалы. Коэффициент теплопроводно сти основных конструкций 0,03 — 0,05 Вт/(м • К), а объемная мас са 30 — 250 кг/м3. Материалы должны иметь микропористую струк туру с объемом пор 90 — 98 %, обладать свойством гидрофобности (плохо увлажняться при соприкосновении с водой), достаточной прочностью на изгиб (не менее 150 кПа) и сжатие (до 40 кПа), морозостойкостью, не поражаться грызунами и микроорганизма ми, не иметь запаха и не выделять вредных летучих компонентов. Они должны быть трудносгораемыми или самозатухающими (не гореть при удалении огня).
Ранее применялись минераловатные плиты на битумном связу ющем (минеральная пробка), блоки и плиты пенобетона и пено стекла, а также органические материалы синтетического проис хождения — пенопласты и пороплатасты, пенополистирол ПС-1, ПС-4, ПСБ и ПСБ-С, пенополиуретан ППУ-3Н, ППУ-3С, фенольно-резольный пенопласт ФРП-1 и ФРП-2, пенополивинилхлорид ПВХ-1 и др. Перспективен пенополиуретан. Его объемная масса 20 — 80 кг/м3, коэффициент теплопроводности 0,025 — 0,04 Вт / (м · К), предел прочности при изгибе 70—190 кПа.
Пенополиуретан позволяет создавать изоляционные конструк ции из готовых плит и выполнять эти конструкции на месте про изводства работ путем заливки жидких компонентов материала в изолируемую полость, например между наружным и внутренним ограждениями стен.
Его применяют для производства облегченных панелей типа «сэндвич».
Из пароизоляционных наиболее распространены материалы, изготавливаемые на основе нефтяного битума: мастики и эмуль сии различного состава, а также рулонные (рубероид, изол, фоль гоизол).
8.5. Механизация погрузочно-разгрузочных работ и
транспортно-складских операций
На холодильниках выполняют следующие виды работ с грузами:
погрузочно-разгрузочные — загрузка транспортных средств (же лезнодорожных вагонов, автомобилей и судов) и их разгрузка;
транспортные внутрискладские — перемещение от места раз грузки транспортных средств (платформа, эстакада) до места скла дирования (холодильная камера) и от места складирования до места загрузки транспортных средств или в пределах здания холодильника — в одноэтажных холодильниках по горизонтали, в мно гоэтажных также и по вертикали;
складские — укладка в штабель и его разборка.
Для сокращения качественных и количественных потерь про дуктов при транспортировке и хранении, обеспечения наиболее рациональной организации грузовых работ по всей холодильной цепи, включая холодильник, продукты должны быть затарены. Тара может быть деревянная, картонная, металлическая, стеклянная, полимерная или комбинированная. Поскольку при перемещениях пищевых продуктов в пределах холодильной цепи не везде на гру зовых операциях применяют механизмы, часть операций выпол няют вручную, масса одного грузового места должна составлять в среднем 20 — 70 кг.
Для повышения эффективности механизации грузовых опера ций прибегают к пакетированию, т.е. к объединению отдельных мест в укрупненную грузовую единицу на период хранения и транс портировки. Универсальным средством пакетирования являются поддоны — плоские, стоечные и ящичные.
В соответствии с видами грузовых работ на холодильниках при меняют следующие подъемно-транспортные машины и устрой ства: электропогрузчики, электротележки с низким подъемом вил, ленточные конвейеры, электротельферы, роликовые дорожки, автомобили-самопогрузчики. Для перемещения по вертикали в многоэтажных холодильниках используют грузовые лифты, на клонные конвейеры, для укладки и разборки штабелей — элект ропогрузчики и электроштабелеры, передвижные столы, ленточ ные конвейеры.
В последнее время на холодильниках разработаны схемы, пре дусматривающие комплексную механизацию всех грузовых работ с их частичной или полной автоматизацией и использованием ЭВМ. Такие схемы предполагают применение металлических стел лажей. Складирование грузов на основе стеллажей позволяет на польным электроштабелерам загружать или разгружать ячейки любого рода независимо от находящегося сверху или снизу груза. Комплексная механизация и высокая степень автоматизации гру зовых работ на холодильниках достигается при использовании систем, включающих стеллажи, стеллажные краны-штабелеры, механизированные роликовые конвейеры-накопители и перегру зочные механизмы. Оборудование холодильников подобными стел лажными системами позволяет увеличить их высоту до 30 м.
Схема механизации грузовых работ зависит от вида груза, воз можности его пакетирования, применяемых транспортных средств, способов реализации в сфере потребления.
Существуют схемы механизации, предусматривающие исполь зование тары-оборудования и изотермических контейнеров, за гружаемых продуктами на предприятиях-изготовителях. Перевозят грузы автомобилями-самопогрузчиками. На предприятиях торговли продукты в таре-оборудовании поступают непосредственно в торговый зал, изотермические контейнеры предварительно раз гружают.
8.6. Тепловой баланс охлаждаемых помещений,
системы охлаждения холодильных камер, способы
отвода теплоты от потребителя холода
Тепловой баланс охлаждаемого помещения. Тепловой баланс достигается при равенстве теплопритока в охлаждаемое помеще ние QT и теплоотвода Qo, т.е. при QT = Qo.
При этом в помещении устанавливается определенная темпе ратура tp, называемая равновесной.
Уравнение теплового баланса можно записать так, Вт:
Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 = Q0,
где Q1 — теплоприток через ограждения помещения, возникаю щий в результате разности температур с обеих сторон ограждения и под воздействием солнечной радиации; Q2 — теплоприток от грузов при их охлаждении и замораживании; Q3 — теплоприток с наружным воздухом при вентиляции помещения; Q4 — теплопри ток, обусловленный эксплуатацией помещения; Q5 — теплоприток от продуктов растительного происхождения, возникающий в результате их дыхания.
Теплопритоки непостоянны во времени. Наибольшую долю в тепловом балансе составляют теплопритоки Q1 и Q2. Теплоприто ки Q1 и Q3 повторяют динамику изменения температуры наруж ного воздуха, и их максимум приходится на самый жаркий пери од года. Изменение Q2 зависит от графика поступления грузов на холодильник. При значительных колебаниях тепловой нагрузки в течение суток иногда приходится строить графики теплопритоков за сутки и также выбирать расчетный период.
Различают расчетные нагрузки на компрессор и на камерное оборудование.
Производительность компрессора следует выбирать равной мак симуму суммы теплопритоков в обслуживаемые помещения, хотя максимальная нагрузка каждой из обслуживаемых холодильных камер может быть разной, т.е. может не совпадать со временем максимальной нагрузки других камер.
Теплоприток Q4, обусловленный эксплуатацией помещений, — это суммарные теплопритоки от электрического освещения, рабо тающих электродвигателей, людей, а также открывания дверей.
Теплоприток от продуктов растительного происхождения Q5 определяют с учетом теплоты дыхания плодов и овощей во время охлаждения и хранения.
По суммарным теплопритокам для каждого отдельного поме щения определяют нагрузку на камерное оборудование (Qоб, необ ходимую площадь поверхности приборов охлаждения (тепловую нагрузку испарителей), систему воздухораспределения в каждой камере.
Системы охлаждения холодильных камер. Системы подразделя ют по следующим признакам:
виду охлаждающей среды и способу распределения рабочего вещества по объектам охлаждения — на системы непосредствен ного охлаждения (безнасосные и насосно-циркуляционные) и си стемы охлаждения с промежуточным хладоносителем (открытого и закрытого типов);
способу размещения основного оборудования — на системы централизованного или децентрализованного охлаждения.
В зависимости от условий отвода теплоты от охлаждаемых объек тов и продуктов эти системы подразделяют на системы с контакт ным и бесконтактным охлаждением.
В системах непосредственного охлаждения теплота от объектов отводится непосредственно холодильным агентом, протекающим в приборах охлаждения, которые одновременно выполняют роль испарителя холодильной машины и располагаются в охлаждае мых помещениях. При этом агрегатное состояние холодильного агента в таких приборах изменяется (он кипит).
Безнасосные системы охлаждений подразделяют на прямоточ ные и с отделителем жидкости. В прямоточных системах жидкий холодильный агент подается под действием разности давлений конденсации и кипения. Для обеспечения безопасной и устойчи вой работы компрессора необходимо, чтобы в него поступал пе регретый пар. Для этого количество холодильного агента, подава емое в приборы охлаждения, должно соответствовать тепловой нагрузке Qo.
Прямоточные системы используют лишь на малых холодиль ных установках, преимущественно на хладоновых.
Насосно-циркуляционные системы применяют преимуществен но на крупных холодильных установках. В этих системах жидкий холодильный агент в приборы охлаждения подается под давлени ем, создаваемым насосом.
В прямоточной системе с нижней подачей жидкого холодиль ного агента в приборы охлаждения используют вертикальные цир куляционные ресиверы, выполняющие одновременно функции отделителя жидкости.
Применяют также системы с верхней подачей жидкости в при боры охлаждения. Такая система наряду с определенными пре имуществами (меньшая вместимость холодильного агента, отсут ствие влияния гидростатического столба жидкости на температуру кипения и т.д.) обладает меньшей интенсивностью теплообмена в приборах охлаждения из-за худшей смачиваемости охлаждающей поверхности.
В системах охлаждения с промежуточным хладоносителем теп лота от объектов отводится промежуточным жидким хладоноси телем, протекающим в приборах охлаждения. Циркуляция хладоносителя осуществляется в приборах охлаждения центробежными насосами, при этом в приборах охлаждения хладоноситель не сколько нагревается (на 2 —3°С) без изменения агрегатного со стояния, а в испарителе при температуре кипения холодильного агента охлаждается.
Различают закрытые и открытые системы охлаждения хладоносителями. В закрытой системе применяют оборудование закры того типа (кожухотрубный или кожухозмеевиковый испаритель, трубные приборы охлаждения — батареи). В открытой системе ис пользуют испарители открытого типа, что приводит к повышен ной коррозии металла. Закрытые системы охлаждения получили более широкое распространение.
В системах охлаждения с промежуточным хладоносителем ис ключается проникновение холодильного агента в охлаждаемые помещения, так как испаритель и все его трубопроводы находят ся в машинном отделении.
Оттаивание снеговой шубы. Приборы охлаждения в камерах ра ботают в условиях, когда температура их поверхности ниже точки росы. Влага, имеющаяся в воздухе охлаждаемого помещения, осаж дается на наружной поверхности приборов охлаждения в виде инея, который образует так называемую снеговую шубу, затрудняющую теплопередачу, поэтому снеговую шубу необходимо регулярно удалять.
Для очистки наружной поверхности приборов охлаждения от снеговой шубы применяют механический и тепловой способы. При механическом способе снеговую шубу сметают, сдувают возду хом, удаляют скребками. При тепловом способе снег расплавля ют, а воду или подтаявший снег удаляют. Оттаивание осуществля ют теплой водой, теплым воздухом, горячим паром холодильного агента (в системах непосредственного охлаждения), с помощью обогрева поверхности изнутри трубы. В последнем случае из отта иваемой батареи предварительно удаляют жидкий холодильный агент, а затем в нее по специальному трубопроводу после масло отделителя направляют горячие пары холодильного агента, кото рые, конденсируясь, нагревают стенки батареи, благодаря чему на ее наружной поверхности слой инея начинает плавиться, пос ле чего его легко удалить.
Способы отвода теплоты от потребителя холода. Отвод теплоты от охлаждаемых (замораживаемых) объектов осуществляют путем их контакта непосредственно с рабочей средой (холодильным аген том, хладоносителем) или со средой через разделяющую их стенку либо через подвижную промежуточную среду. В качестве про межуточной среды чаще всего используют воздух или специаль ную газовую среду.
При контактном способе отвода теплоты объект погружают в охлаждающую среду или орошают ею. При этом агрегатное состо яние жидкого азота и хладонов может изменяться (могут кипеть). Теплообмен происходит конвективным путем и характеризуется высокой интенсивностью, небольшой продолжительностью, не значительной потерей массы продукта. Недостаток — возможное ухудшение качества продуктов при непосредственном контакте с некоторыми средами.
По бесконтактному способу охлаждения работают система ба тарейного охлаждения, воздушная и смешанная системы охлаж дения.
При батарейном охлаждении теплота отводится батареями (при стенными, потолочными) при естественной скорости движения воздуха у батарей. При воздушном охлаждении теплота отводится воздухоохладителем при принудительной циркуляции воздуха.
Различают системы охлаждения с внутрикамерным отводом теплоты и внекамерным отводом внешних теплопритоков. В пер вом случае приборы охлаждения устанавливают в камере, во вто ром в ней размещают только внутрикамерные приборы, а прибо ры для отвода внешних теплопритоков устанавливают вне каме ры — в продухе, воздухонепроницаемо отделенном от камеры.
При воздушном охлаждении воздух перемещается вентилято ром, скорость его может достигать 10 м/с и более.
При смешанной системе охлаждения камеру оборудуют бата реями и воздухоохладителями.
Батарейную систему охлаждения применяют в камерах хране ния неупакованных мороженых продуктов, так как при использо вании воздушных систем наблюдаются повышенные потери массы.
Однако батарейная система имеет существенные недостат ки — большую неравномерность полей влажности и температу ры воздуха в помещении, недостаточную интенсивность тепло обмена между воздухом и продуктом, воздухом и поверхностью приборов охлаждения и т.д., поэтому ее заменяют воздушной системой.
В воздушных системах различают системы канального и бесканалыюго распределения воздуха. В первом случае в помещении располагают два или один канал. В настоящее время двухканальную систему используют редко. При одноканальной системе отеп ленный воздух всасывается через входной патрубок вентилятора. Одноканальную систему применяют для камер охлаждения и за мораживания и для камер хранения.
В бесканальной системе при подаче воздуха в помещение через насадки применяют различные сопла, скорость выходящего из них воздуха 10—15 м/с. В результате смешивания с воздухом камеры скорость потока быстро гасится.
В камерах хранения широко применяют компактные подвес ные воздухоохладители. Их можно устанавливать также около стен или на антресолях либо подвешивать к потолку.
8.7. Холодильное технологическое оборудование
Для холодильной обработки пищевых продуктов небольшой толщины предназначены холодильные аппараты, которые в наи большей степени отвечают современным производственным и тех нологическим требованиям. Холодильные аппараты применяют в основном для замораживания продуктов, поэтому их принято называть морозильными.
Аппараты различаются в зависимости от среды, непосредствен но воспринимающей теплоту от продукта (воздух, диоксид угле рода, кипящие и некипящие жидкости), устройств для транспор тирования 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 продук тов, относят к технологическим кондиционерам. Консервирова ние пищевых продуктов сублимационным методом производят в сублимационных установках.
Воздушные морозильные аппараты. Воздух можно использовать для холодильной обработки всех пищевых продуктов. Недостат ком воздушных аппаратов является относительно низкая способ ность аккумулировать теплоту и влажность.
Воздушный морозильный аппарат представляет собой устрой ство, имеющее теплоизоляционное ограждение, внутри которого располагаются испарители (воздухоохладители), системы подачи воздуха, транспортирования продукта, автоматического управле ния и регулирования.
Испаритель выполняют из оребренных труб с переменным рас стоянием между пластинами оребрения, уменьшающимся по ходу движения воздуха от 20 —30 до 10—15 мм. Переменное расстоя ние между пластинами оребрения обеспечивает сохранение но минальной площади живого сечения воздухоохладителя по дли не, 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, центро бежный) и воздухораспределители (канал, жалюзи, отражатели).
В систему транспортирования продукта входят тележки (эта жерки), конвейер непрерывного и периодического действия, по ток воздуха (флюидизационный слой).
К воздушным морозильным аппаратам относятся тележечные и флюидизационные аппараты.
Внутри теплоизоляционных ограждений тележечных аппара тов находятся воздухоохладители, тележки, канал в верхней час ти 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 про дукты 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 ап парата, где подмораживаются во флюидизационном слое. Имея достаточную механическую прочность, продукты поступают во вторую зону, в которой домораживаются на сетчатой ленте кон вейера, после чего покидают аппарат.
Каждая зона имеет автономную систему подачи воздуха. В зоне подмораживания осевые вентиляторы подают воздух через сек ции испарителя снизу под продукт.
Контактные морозильные аппараты. В этих аппаратах продукты замораживаются, находясь в непосредственном контакте с охлаж даемой металлической поверхностью или жидкостью (хладоносителем, холодильным агентом). При этом продукт омывается прак тически неподвижным воздухом только с одной стороны, что уменьшает его усушку. Площадь прикосновения охлаждающей поверхности к продукту должна быть максимальной, а термичес кое сопротивление зоны их контакта — минимальным. Поэтому продукт должен иметь правильную геометрическую форму и быть подпрессован давлением 15 - 70 кПа. Для интенсификации тепло отдачи от стенки к холодильному агенту предпочтительно исполь зовать непосредственное охлаждение кипящим холодильным агентом, а не рассольное. Продукт может примерзать к поверхности металла, поэтому приходится нагревать металлическую поверх ность до положительной температуры для его извлечения. Для уменьшения сил сцепления продукта с металлом можно исполь зовать антиадгезионное покрытие поверхности металла (полиэти лен, фторопласт) или упаковку продукта.
К контактным морозильным аппаратам относятся плиточные, роторные, барабанные, ленточные, погружные и азотные аппа раты.
В плиточных аппаратах в теплообмене участвуют по две сторо ны продукта и плиты. Плиты при этом можно располагать гори зонтально, вертикально и радиально на вращающемся валу.
Плиточный аппарат с горизонтальными плитами периодичес кого 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 гидравличес кого привода. Продукт в блоках и коробках помещают между пли тами, которые сближают, несколько уменьшая первоначальную высоту продукта. Величину зазора между плитами можно регули ровать.
Дверные створки аппарата закрывают, после чего включается система охлаждения. После окончания процесса замораживания система охлаждения отключается, открываются дверные створ ки, раздвигаются плиты и продукт удаляется. Такие аппараты при меняют в основном в мясной и молочной промышленности.
Для замораживания блоков рыбы применяют аппараты с вер тикальными плитами.
В роторных аппаратах продукт замораживается практически непрерывно, что повышает производительность и обеспечивает постоянство тепловой нагрузки на холодильную установку.
Роторный аппарат имеет теплоизоляционное ограждение, внут ри которого находятся ротор с морозильными секциями, систе мы охлаждения, дозирования, загрузки и разгрузки, автомати ческое управление. Секция имеет три плиты из алюминиевого сплава с прямоугольными каналами для циркуляции холодильно го агента.
Холодильный агент из циркуляционного ресивера подается насосом через торец полого вала ротора, распределяется по пли там, отводится через другой торец и поступает в циркуляцион ный ресивер. Две окантовки с продуктом размещаются в ячейках между средней (неподвижной) и боковыми (подпрессовывающими) плитами. Окантовка представляет собой рамку из алюминие вого профиля, в которую укладывают упаковочный материал, за гружают продукты, формируют их и упаковывают; в ней четыре блока продукта. Окантовка одновременно является боковой гра нью плиты. Плиты в секции соединены пружинами, которые обес печивают подпрессовку продукта. После замораживания секция Устанавливается в положение для разгрузки, раскрывается, окан товка с продуктом удаляется. Окантовка с продуктом, подготовленная для замораживания, поступает в секцию, которая закрывается. Механизм поворота переводит ротор в положение для раз грузки (загрузки) следующей ячейки. Таким образом, каждая сек ция последовательно — сначала верхняя ячейка, а затем ниж няя — загружается и разгружается за один оборот ротора. В проме жутке между этими процессами осуществляется непосредственно замораживание продукта в виде блока.
Барабанные аппараты применяют для замораживания полуфаб рикатов 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 циркуля ции холодильного агента, расположенными по цилиндрической образующей, нож для скалывания продукта, электрический при вод, 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 конвейер ной гладкой ленте из нержавеющей стали во время прохождения через теплоизолированную охлаждаемую часть аппарата.
В охлаждаемой части под лентой располагаются емкости, за полненные хладоносителем настолько, что движущаяся лента кон вейера «плавает» на его поверхности. Заполнение емкостей обес печивается непрерывной подачей охлажденного в испарителе хладоносителя. Охлажденный хладоноситель подается в емкости форсунками, расположенными ниже его уровня, благодаря чему до стигается постоянство его температуры. Избыток хладоносителя отводится в испаритель.
В погружных (иммерсионных) аппаратах замораживаемые про дукты находятся в жидкости (хладоносителе). Обычно это продук ты большой толщины и неправильной формы (крупнокусковое мясо, тушки птицы), упакованные в термоусадочную полимер ную пленку, плотно прилегающую к поверхности продукта и не проницаемую для хладоносителей. В качестве хладоносителей ис пользуют вещества, разрешенные к применению органами здра воохранения. Они должны быть нетоксичны и инертны, иметь тем пературу замерзания не менее чем на 10 К ниже рабочей темпера туры, так как вблизи температуры замерзания резко увеличивает ся 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 теп лоизолированный 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 верти кальными 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 упаковоч ного автомата к загрузочному окну и сбрасывается в аппарат. Про дукт падает в канал, образованный двумя сетчатыми перегород ками, захватывается пластинами конвейера и транспортируется под уровнем хладоносителя, так как верхняя перегородка препят ствует 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 ороси тельном или комбинированном способе охлаждения.
Особый интерес представляют аппараты, в которых заморажи вание 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 давле ния он кипит при температуре -195,8 °С и имеет скрытую теплоту парообразования 199,8 кДж/кг. Азот инертен по отношению к про дуктам и конструкционным материалам.
Азотные аппараты имеют легкий несущий каркас, теплоизо ляционное ограждение, системы транспортирования продукта, подачи и удаления газа, охлаждения, автоматического управле ния и регулирования. Система охлаждения состоит из емкостей для хранения жидкого азота, распределительных форсунок, ем кости для сбора неиспарившегося жидкого азота, насоса, конт рольно-измерительных и регулирующих приборов. Продукт в ап парате может замораживаться погружением в жидкий азот, оро шением им и в потоке газообразного азота либо при комбинации этих способов.
Замораживать продукт с положительной температурой в жид ком азоте нецелесообразно из-за большой разности температур, так как в зоне контакта образуется газовая прослойка, в результа те чего коэффициент теплоотдачи резко уменьшается. Кроме того, велика вероятность растрескивания и деформации продукта вследствие внутренних напряжений, возникающих из-за неравномер ного по объему льдообразования.
Экономичнее замораживать продукт в аппарате с двумя зона ми: 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 че рез 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, име ют три-четыре зоны, что обеспечивает эффективный теплоотвод и снижение расхода жидкого азота на замораживание.
Сублимационные сушильные установки. В этих установках кон сервирование пищевых продуктов осуществляется методом суб лимационной сушки, которая заключается в замораживании про дукта, а затем обезвоживании в результате сублимации образую щихся в нем кристаллов льда. Продукт сублимационной сушки можно хранить длительный срок (год и более в герметичной упа ковке) при обычной температуре без охлаждения. При увлажне нии перед употреблением продукт легко поглощает воду и его пищевые свойства, внешний вид и объем практически полностью восстанавливаются.
Технологический процесс производства продуктов сублимаци онной сушки проводится в несколько этапов. Продукты подготав ливают к сушке: сортируют, моют, подсушивают, обрабатывают теплом, холодом, измельчают и укладывают в противни. Тепло вой обработке (варке, жарке, бланшированию) подвергают зна чительную часть продуктов животного и растительного происхож дения. Продукты, имеющие жидкую консистенцию, разливают в сплошные, а кусковые помещают в сетчатые противни, которые устанавливают на консольно расположенные полки тележек. Пе ред сушкой продукты замораживают или предварительно в моро зильных аппаратах, или непосредственно в сублиматоре. При этом скорость замораживания должна быть такой, чтобы образующие ся кристаллы льда были не крупными, поскольку они нарушают структуру продукта, но и не мелкими, так как в этом случае за трудняется сублимация льда из ткани и увеличивается продолжи тельность сушки. Оптимальная кристаллическая структура льда образуется при замораживании в воздушном морозильном аппа рате при температуре воздуха -30...-35 °С.
Если замораживание происходит в сублиматоре, то он сначала работает как морозильный аппарат с отводом теплоты от продук та 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 со бой камеру цилиндрической или прямоугольной формы, выпол ненную 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, достаточ ном для компенсации отнимаемой от него теплоты сублимации, что обеспечивает поддержание его температуры на определен ном уровне.
Внутри камеры располагаются секции десублиматора, являю щиеся 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 поддержи вают ниже атмосферного (от 300 до 1 Па). Вакуумная система ап паратов 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 раз грузки, продукт упаковывают. Противни и тележки перед очеред ной загрузкой проходят санитарную обработку.
Технологические кондиционеры. При производстве, холодиль ной обработке и холодильном хранении некоторых мясных, мо лочных и растительных продуктов, например сыров, необходимо поддерживать с большой точностью параметры воздуха: темпера туру, 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 (воздухо охладителе), 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 ребрис то-трубных элементов с шагом оребрения 3 — 6 мм.
Увлажняет воздух пар, подаваемый через форсунки в нагнета тельный 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 запа сов пищевых продуктов, необходимых для бесперебойной работы предприятий в течение 3 — 4 дней, при производстве морожено го, для сохранения охлажденных и замороженных продуктов, по луфабрикатов 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 различ но — для хранения мяса, рыбы, овощей, фруктов. Продукты по ступают в камеры с распределительных или производственных хо лодильников в охлажденном или замороженном состоянии. По скольку продукты хранят непродолжительное время, температуру в камерах поддерживают более высокую, чем в распределитель ных 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 обще ственного 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 предпри ятий 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.
Классификация оборудования. Классифицируют торговое холодильное 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 прода жи охлажденных продуктов при 0...-8°С; низкотемпературное — используемое для хранения, демонстрации и продажи заморожен ных продуктов при температуре не выше -18°С; комбинирован ное — со средне- и низкотемпературными отделениями.
По конструктивному решению торговое холодильное оборудо вание может быть выполнено как закрытое — доступ к продукту осуществляется через дверки или раздвижные створки; открытое — с доступом к продукту через открытый проем; специализирован ное — с контейнерной загрузкой.
Некоторые виды торгового холодильного оборудования выпус кают в двух исполнениях: для районов с умеренным климатом и для южных районов. Оборудование для районов с умеренным кли матом рассчитано на работу при максимальной температуре воз духа 32 °С, а для южных районов 40 0С.
По расположению холодильного агрегата различают оборудо вание со встроенным в корпус или с вынесенным агрегатом.
Встраивают в корпус оборудования герметичные холодильные агрегаты с поршневыми и ротационными компрессорами и воз душным 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, охлаж даются вынесенными холодильными агрегатами с сальниковыми и бессальниковыми компрессорами, конденсаторами, охлаждае мыми воздухом или водой.
Холодильные установки для торгового оборудования полнос тью автоматизируются, т. е. снабжаются устройствами для защиты от опасных режимов работы, оттаивания инея с поверхности ис парителя.
Коэффициент рабочего времени агрегатов должен быть не бо лее 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 вре мя 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 — каме ра, 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 холо дильного агрегата: 1 — агрегат встроен, 2 — вынесен. Цифры после второго дефиса обозначают номинальный внутренний объем обо рудования 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 спо собом в разобранном виде и собирают с помощью болтов и уголь ников из щитов или панелей типа «сэндвич» в единое охлаждае мое устройство на месте установки. В случае необходимости пере носа 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 холо дильным агрегатом, но в основном выпускают камеры с вынесен ным 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 све тильниками с выключателями, расположенными снаружи.
Типоразмерный ряд камер принят на основе внутреннего объе ма, кратного 6 м3, например КХС-2-6, КХС-2-12, КХС-2-18.
Оттаивание воздухоохладителя осуществляется автоматически. Измерение температуры в камере — дистанционное.
Низкотемпературная камера КХН-2-6м несколько отличается от среднетемпературной. У нее каркасная конструкция, более мощ ная холодильная установка, в которой два холодильных агрегата, двухсекционный воздухоохладитель с двумя терморегулирующими вентилями, отделитель жидкости. Оттаивание инея осуществ ляется горячим паром холодильного агента.
Холодильные шкафы используют для хранения охлажденных (среднетемпературные шкафы ШХС) и замороженных (низкотем пературные шкафы ШХН) продуктов как в торговом зале, так и в производственных цехах предприятий, выпускающих полуфаб рикаты и готовые блюда. Конструкция шкафов может быть бес каркасной или каркасной. Холодильный агрегат расположен в нижней или верхней части корпуса. Испаритель в виде воздухоох ладителя 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 про дуктам возможен с обеих сторон и пристенными — доступ к про дуктам с одной стороны.
Прилавки для небольших магазинов и буфетов изготавливают со встроенными холодильными агрегатами. При большом числе работающих холодильных агрегатов температура воздуха в торго вом 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 мож но 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 обще ственного питания для хранения готовых блюд, полуфабрикатов и зелени. В отличие от прилавка холодильные столы имеют верх нее ограждение.
На столе размещают горку с емкостями, охлаждаемыми змеевиковым испарителем, весы и другой торговый инвентарь. Холо дильный стол имеет теплоизолированную камеру с дверкой и машинное отделение, закрытое съемными панелями. Камера ох лаждается оребренной батареей.
Холодильные витрины предназначены для демонстрации и про дажи 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, модуль ного (секционного) исполнения.
Холодильные прилавки-витрины выполняют две функции: демон страции и продажи (витрина), хранения рабочего запаса (прила вок). Прилавок выполняют закрытым, оборудуют столом для ве сов. Для доступа в камеру прилавка имеются две изотермические дверцы.
Торговые холодильные автоматы предназначены для продажи охлажденных напитков и охлажденных или замороженных фасо ванных продуктов. Их выполняют в виде бескаркасного металли ческого шкафа с дверью, внутри которого располагаются устрой ства, обеспечивающие его функционирование, в том числе эле менты холодильной установки: герметичный холодильный агрегат, теплоизоляционное ограждение и испаритель. В автоматах для гази рованной воды водоохладитель выполнен в виде толстостенного алюминиевого цилиндра, в стенке которого находятся два змееви ка: в одном кипит холодильный агент, в другом протекает вода.
В автоматах для продажи соков продукт, находясь во флягах, охлаждается в теплоизолированной камере. Испаритель из гладкотрубных секций закреплен на трех стенках камеры.
Автоматы для продажи штучных продуктов имеют охлаждаемый теплоизолированный объем в верхней части шкафа. Здесь размещаются устройство для закладки и выдачи продуктов и змеевиковые оребренные батареи испарителя. В нижней части распо ложено машинное отделение.
8.9. Способы и оборудование безмашинного охлаждения
Охлаждение водным льдом. Этот способ охлаждения наиболее простой. Используют как естественный лед, получаемый при низ кой температуре воздуха, так и искусственный водный лед, изго тавливаемый с помощью холодильных машин. Достоинствами уст ройств ледяного охлаждения являются простота конструкции, низкая стоимость и отсутствие затрат на электроэнергию.
При температуре таяния льда 0°С температура воздуха в охлаж даемых устройствах поддерживается обычно около 6°С. Такая тем пература достаточна для охлаждения и кратковременного хране ния пива, вод, соков и прочих напитков, хранения некоторых овощей и зелени.
Охлаждение водным льдом осуществляется тремя способами: непосредственное охлаждение, с использованием воды в каче стве 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 охлаж даемого объекта. Можно также пересыпать объект льдом (при хранении некоторых овощей и зелени).
При охлаждении с использованием воды в качестве промежу точного 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 стен ки теплообменника змеевикового либо пластинчатого типа. Последний способ охлаждения применяют в молочной промыш ленности.
Охлаждение с использованием воздуха в качестве промежуточно го теплоносителя может осуществляться с естественным и меха ническим перемещением воздуха. В этом случае теплота от охлаж даемого объекта отводится воздухом, который передает ее при контакте со льдом. При естественной циркуляции воздуха лед мо жет располагаться в емкостях-карманах, имеющих щели или гоф рированные ограждения для увеличения поверхности теплообмена. При механической циркуляции воздуха, создаваемой вентилятором, воздух прогоняется через слой дробленого льда, что уве личивает коэффициент теплоотдачи по сравнению с естествен ной 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 это го специальные установки с форсунками для мелкокапельного разбрызгивания воды.
Искусственный водный лед получают с помощью льдогенера торов трубчатого типа, где лед образуется внутри труб вертикаль ного кожухотрубного испарителя, в межтрубном пространстве которого кипит жидкий аммиак. Вода поступает в трубы испари теля 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 удаляет ся воздух, поэтому лед получается прозрачным. Когда стенки ледяных цилиндриков достигают толщины 4 — 5 мм, наморажива ние прекращают, насос останавливают, испаритель отключают от всасывающей стороны машины и соединяют с ее нагнета тельной стороной, в результате чего в испаритель поступают го рячие пары аммиака при давлении конденсации. Эти пары вы тесняют из испарителя жидкий аммиак в ресивер (сборник ам миака), прогревают стенки труб, намороженный лед отделяется от стенок и под действием силы тяжести сползает вниз. При вы ходе из труб ледяные цилиндрики попадают под вращающийся нож, который разрезает их на части определенной высоты. Гото вый 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 сме си с солями. При этом одновременно происходят процессы ра створения соли с образованием рассола и плавления льда с обра зованием 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 равнове сии все три фазы: рассол (раствор), соль и лед.
Криогидратной точке соответствует эвтектическая концентра ция соли. Такая смесь называется эвтектикой. При льдосоляном охлаждении чаще всего используют смесь дробленого льда и хло рида 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 непосредствен ного контакта и используя в качестве промежуточного теплоно сителя 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 оро шают рассолом, прошедшим охлаждающую батарею, где его тем пература повысилась на 2 — 3°С. В нижнюю часть генератора холо да стекает охлажденный рассол с более низкой из-за таяния льда концентрацией соли. Для поддержания необходимой концентра ции часть теплого рассола после охлаждающей батареи подается в бачок с солью — концентратор, из которого более насыщенный рассол перетекает в генератор холода. Концентратор периодичес ки пополняют солью.
В нижней части генератора холода расположен вентиль, через который удаляется использованный (теплый) раствор перед но вой 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 возника ет самопроизвольно из-за разности объемных масс рассола вслед ствие изменения его концентрации при таянии льда.
Охлаждение холодоаккумуляторами с эвтектикой. В качестве 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 тем пературе ниже температуры плавления эвтектики размещают в охлаждаемом объеме. Поглощая теплоту, отводимую от охлаждаемого объекта, эвтектика тает при постоянной температуре. Холодоаккумуляторы используют многократно. Для этого после отеп ления их снова замораживают.
Холодоаккумуляторы широко применяют для охлаждения теп лоизолированных контейнеров, кузовов автомобилей, а также в сочетании с машинным охлаждением в качестве дополнительно го 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 холодопроизводитель ность 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 соотно шение при сравнении не массовой, а объемной холодопроизводительности. Объемная холодопроизводительность сухого льда при 0°С больше, чем водного, почти в три раза. Обильно выделяю щийся при сублимации сухого льда газообразный диоксид угле рода оказывает на большинство скоропортящихся продуктов кон сервирующее действие. В смеси с эфиром можно получить темпе ратуру до -100°С.
Сухой лед широко применяют при перевозках и продаже моро женого 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, техно логические процессы которых связаны с выделением диоксида углерода. На первой стадии обеспечивают получение чистого газо образного диоксида углерода, затем его сжижают и из жидкого диоксида углерода получают твердый.
Испарительное охлаждение. Испарительное охлаждение осно вано на явлении парообразования над поверхностью жидкости при температуре ниже ее температуры кипения и нормальном атмос ферном давлении. На превращение жидкости в пар затрачивается определенное количество тепловой энергии — теплоты парообра зования (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 соот ношения температуры воды и окружающей среды.
В зависимости от внешних условий теплообмена теплоту паро образования 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 продук тов или воздуха.
Термоэлектрическое охлаждение. Термоэлектрический эффект проявляется в большей степени в цепях, составленных из полу проводников 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 пе реходят в свободную зону электронного проводника, образуя пары электрон — дырка, на что затрачивается определенное количе ство теплоты, отнимаемое от контакта.
При движении электронов и дырок навстречу друг другу про исходит их рекомбинация в месте контакта, сопровождающаяся выделением теплоты. Следовательно, если направление тока от дырочного полупроводника к электронному, выделяется тепло та; если направление обратное, тепловая энергия в спае погло щается.
Величина выделяемой или поглощаемой теплоты Q в единицу времени пропорциональна силе тока I:
Q = ПI, (29)
где П — коэффициент Пельтье.
Рассмотренное явление обратимо. Если в той же самой цепи создать в месте спаев различные температуры, то между контакта ми образуется разность потенциалов и возникает ток.
Величина термоэлектродвижущей силы (термоэдс) определя ется формулой
Е = (Тг -Тх), (30)
где — коэффициент термоэдс, В/К; Тг, Тх — абсолютные темпе ратуры соответственно горячего и холодного спаев, К.
Исходным конструктивным модулем термоэлектрических ох лаждающих устройств (ТОУ) служит термоэлемент (ТЭЛ).
В энергетическом отношении ТОУ существенно уступают комп рессионным машинам, и только при малой холодопроизводительности (около 20 Вт) холодильный коэффициент ТОУ может быть выше.
Термоэлектрическое охлаждение используют в термостатах, охладителях жидкостей и газов, осушителях воздуха, бытовых и транспортных холодильниках, кондиционерах.
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 мик роорганизмов реагировать на воздействие физических, химичес ких и биологических факторов. Изменяя условия среды и оказы вая то или иное воздействие на продукт, можно регулировать со став и активность его микрофлоры.
Способ консервирования холодом основан на том, что при понижении температуры значительно снижаются жизнедеятель ность микроорганизмов и активность тканевых ферментов, что приводит к замедлению как естественно протекающих в продук тах 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 дли тельном хранении. Для кратковременного и особенно длительно го хранения других продуктов требуются специальные условия, так как качество их относительно быстро ухудшается — изменя ются 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 хлебопе карные, фруктовые соки и минеральные воды, пиво, виноград ные и плодово-ягодные вина, сиропы, мороженое и др. В скоро портящихся продуктах содержится в значительном количестве вода, а также органические соединения, что создает благоприятные ус ловия для развития и жизнедеятельности различных микроорга низмов и ферментов.
Совокупность свойств, от которых зависит степень использо вания пищевых продуктов по назначению, определяет их каче ство. Важно, чтобы пищевые продукты были свежими, питатель ными и вкусными.
Способы консервирования. Все скоропортящиеся продукты во время хранения подвергаются значительным изменениям. Если по отношению к ним не применить своевременно те или иные спо собы 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, физи ко-химические, химические, биохимические и комбинированные.
Физические способы — использование высоких и низких темпе ратур, а также ионизирующих излучений, ультрафиолетовых лу чей, ультразвука и фильтрации.
Физико-химические способы — сушка, соление и использование сахара.
Химические способы основаны на применении химических ве ществ, безвредных для человека и не изменяющих вкус, цвет и запах продукта. В России в качестве консервантов разрешены сле дующие химические препараты: этиловый спирт, уксусная, сер нистая, бензойная, сорбиновая кислоты и некоторые их соли, борная кислота, уротропин, отдельные антибиотики, озон, угле кислый газ и ряд других.
Биохимические способы консервирования основаны на подавля ющем действии молочной кислоты, образующейся в результате сбраживания сахаров продукта молочнокислыми бактериями.
Комбинированные способы — дымное и бездымное копчение, а также некоторые другие, основанные на использовании несколь ких видов консервантов одновременно.
Микроорганизмы и ферменты вызывают разложение белков, гидролиз жиров, глубокие превращения углеводов и другие изме нения. Поэтому основная задача консервирования пищевых про дуктов сводится к ограничению или устранению разрушительно го 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 хо лодильной обработки и хранения, сушения и вяления, маринова ния, консервирования в сахарном сиропе и т.д.
Ценоанабиоз — подавление вредной микрофлоры за счет созда ния условий для жизнедеятельности полезной микрофлоры, спо собствующей 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 обработ ка, применение лучистой энергии, токов высокой и сверхвысо кой частот, антибиотиков, антисептиков и др.).
При выборе способа консервирования стремятся добиться мак симальной сохраняемости продукта, а также экономичности про цесса. Поэтому в практической деятельности часто способы кон сервирования комбинируют.
Консервирование с помощью искусственного холода. Лучший спо соб консервирования — тот, который позволяет длительное вре мя хранить продукт с наименьшими потерями им пищевой цен ности 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 раз ной глубине холодильной обработки (охлаждение, переохлажде ние, 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 предварительное ох лаждение, предшествующее любому последующему этапу технологического цикла обработки холодом и существенно снижающее Потери при хранении.
Переохлаждение — это состояние продукта, вызванное пони жением его температуры ниже криоскопической без возникнове ния кристаллов влаги. Оно бывает устойчивым или неустойчивым в зависимости от теплофизических свойств продукта и темпера турных режимов окружающей среды.
Подмораживание — процесс, сопровождающийся частичной кристаллизацией влаги в поверхностном слое, основная масса продукта находится в переохлажденном состоянии. Продолжи тельность хранения продуктов в подмороженном виде увеличи вается в 2 — 2,5 раза по сравнению с охлажденными.
Замораживание — отвод теплоты от продуктов с понижением температуры ниже криоскопической при кристаллизации боль шей части воды, содержащейся в продуктах. Это предопределяет их сохранность при длительном холодильном хранении.
Домораживание — понижение температуры до заданного уров ня при отводе теплоты от частично замороженного продукта.
Отепление — подвод теплоты к охлажденным продуктам с по вышением их температуры до температуры окружающей среды или несколько ниже.
Размораживание — подвод теплоты к продуктам в целях декристаллизации содержащегося в них льда. В конце процесса тем пература в толще продукта составляет 0 °С и выше, кристаллы льда плавятся, ткани поглощают влагу. Цель размораживания — максимальное поглощение влаги тканями и полное восстановление первоначальных свойств продуктов.
Продолжительность холодильной обработки исчисляется ми нутами, часами, иногда сутками и влияет на качество и сохран ность продуктов при последующем холодильном хранении.
Холодильное хранение — это хранение продуктов после холо дильной обработки при заданном режиме в камере.
Под режимом холодильной обработки и хранения понимают совокупность параметров и условий, влияющих на качество про дуктов (температура, относительная влажность, скорость движе ния воздуха, состав среды, укладка, продолжительность процесса).
Особое значение при холодильном хранении, в первую оче редь длительном, имеет сокращение потерь массы продуктов, что достигается строгим соблюдением режима и применением допол нительных методов.
Эффективное использование холодильного консервирования требует создания единой непрерывной холодильной цепи на про тяжении всего пути продукта от производителя к потребителю.
9.2. Влияние низких температур на рост
и размножение микроорганизмов
Различают три группы микроорганизмов по отношению к тем пературным условиям: термофилы, мезофилы и психрофилы.
Термофилы — микроорганизмы, развивающиеся при темпера турах 20 — 80 °С, оптимально 50 — 75 °С; мезофилы живут при 5 – 57 °С, а психрофилы способны расти при относительно низких температурах — от +10 до -10°С.
Нас интересуют именно психрофилы, развивающиеся в усло виях холодильного хранения пищевых продуктов. Различают фа культативные психрофилы, условия жизни которых приближают ся к режиму мезофилов, и облигатные, т.е. строгие психрофилы, способные размножаться только при низких температурах.
Психрофильные бактерии активно размножаются на продук тах с небольшой кислотностью — мясе, рыбе, некислых молоч ных и овощных продуктах при -5... -8 °С. Большинство плесеней — психрофильные, они довольно активно развиваются на замороженных продуктах. Плесени, так же как и дрожжи, размножаются главным образом на кислых продуктах. Являясь аэробами, плесе ни растут вплоть до температуры -2...-3°С, при более низкой температуре их размножение прекращается. Но отдельные виды плесеней прекращают размножение лишь при -8...-10°С.
Рост и размножение могут происходить при разных температу рах. Так, размножение бактерий Е. coli прекращается при 7,3 °С, в то время как их рост продолжается.
Рассмотрим восемь фаз роста микроорганизмов (рис. 17):
1) лаг-фаза (а) — стадия развития, которая характеризуется постоянством числа бактериальных клеток. Микроорганизмы при выкают к внешней среде, вследствие чего может произойти умень шение их количества, особенно при пониженных температурах. Продолжительность лаг-фазы зависит от вида микроорганизмов, питательной среды и температуры;
Рис. 17. Кривая фаз роста бактерий
2) фаза ускорения роста (б), в которой происходит бурное раз множение микроорганизмов;
3) логарифмическая фаза роста (в), в которой идет быстрое, с постоянной скоростью размножение бактериальных клеток;
4) фаза замедления роста (г);
5) фаза максимальной концентрации микроорганизмов, или мак симальная стационарная фаза (д). На этой стадии концентрация мик роорганизмов при определенных не меняющихся условиях внеш ней среды сравнительно постоянна. Их развитие и отмирание про текают с одинаковой интенсивностью. Опытные данные показыва ют, что в этой фазе максимальное число бактериальных клеток в 1 г продукта 109— 1010;
6) фаза ускорения гибели микро организмов (е), в которой создают ся неблагоприятные условия для обмена веществ;
7) фаза гибели (ж), в течение которой микроорганизмы под вли янием собственных продуктов жиз недеятельности быстро отмирают;
8) конечная стационарная фаза (фаза адаптации) (з).
Изучение различных фаз роста микроорганизмов имеет большое практическое значение. Так, продолжительность фаз а и б сокращается, если количество исходных микроорганизмов вели ко, т.е. при большей начальной обсемененности пищевых про дуктов скорее наступает логарифмическая фаза.
Наиболее существенно понижение температуры влияет на продолжительность лаг-фазы и характер логарифмической фазы. Чем ниже температура, тем продолжительнее лаг-фаза и более пологи участки логарифмической фазы, т.е. микроорганизмы размножа ются медленнее.
Микроорганизмы бывают чувствительными, умеренно устой чивыми и нечувствительными к отрицательной температуре. Осо бенно чувствительны к низким температурам вегетативные клет ки плесневых грибов и дрожжей. При отрицательных температурах легко погибают грамотрицательные бактерии, принадлежащие к группе Е. coli, бактерии группы Pseudomonas—Achromobacter и Salmonella. Более устойчивы к низким температурам грамположительные бактерии, в том числе S. aureus; наиболее устойчивы почвенные бактерии. Споры бацилл Clostridium нечувствительны к низким температурам, тогда как споры плесневых грибов прояв ляют умеренную устойчивость.
Устойчивость микроорганизмов к действию отрицательных тем ператур зависит от трех факторов: температуры, скорости ее по нижения и времени воздействия.
Действие отрицательных температур на микроорганизмы про является в изменении состояния воды в микробной клетке. Мак симальное повреждающее действие оказывает внутриклеточное об разование льда. Это приводит к повышению концентрации внут ри- и внеклеточных растворов, что ведет к денатурации белков и нарушению барьеров проницаемости.
Однако повреждение микроорганизмов холодом может проис ходить и без образования льда. Гибель бактериальных клеток в ре зультате холодового шока происходит при очень быстром охлаж дении из-за низкого осмотического давления. При этом губительное действие низких температур связано с нарушением нуклеи новых кислот и целостности липидных мембран.
Устойчивость микроорганизмов к отрицательным температу рам зависит и от продолжительности воздействия холода. В начале замораживания число бактериальных клеток быстро уменьшает ся, затем гибель микроорганизмов замедляется и, наконец, остаются устойчивые к низким температурам клетки, количество ко торых зависит от условий замораживания, индивидуальной устой чивости вида микробов.
Необходимо иметь в виду, что развитие микроорганизмов при температуре выше -10°С возможно и это может привести к сни жению качества хранящегося продукта и даже к его порче. Так при длительном хранении мороженого мяса при температуре выше -8°С могут развиваться плесневые грибы. Они растут от дельными колониями, которые впоследствии увеличиваются и уп лотняются. Мицелий гриба проникает в толщу мяса, начинается спороношение. На поверхности продукта появляются белые, се рые или черные пятна, в толще накапливаются продукты жизне деятельности плесеней, появляется затхлый запах. Аналогичные процессы протекают при хранении мороженой рыбы и других про дуктов.
В замороженных ягодах или фруктово-ягодных соках, храня щихся при температуре выше -8 °С, образуется продукт жизнедея тельности дрожжей — спирт.
9.3. Воздействие низких температур на клетки,
ткани и организмы
Как правило, действие низких температур на клетки, ткани и организмы носит в большей или меньшей степени повреждаю щий характер. Это происходит, во-первых, вследствие глубокого нарушения обмена веществ при быстром понижении температу ры, получившего название «температурный шок». Такое явление объясняется нарушением динамического равновесия биохимичес ких процессов вследствие того, что активность разных ферментов при резком снижении температуры различна. В результате в клет ках накапливаются промежуточные, зачастую токсичные продук ты обмена веществ (метаболиты). Если процесс охлаждения про водится быстро, то может наступить гибель биологического объекта.
При постепенном снижении температуры организм может адап тироваться, т.е. приспособиться к изменяющимся условиям, и в этом случае выжить. Очень часто температурный шок сопровож дается структурными изменениями в клетках. Внезапное охлажде ние может привести к значительному увеличению вязкости про топлазмы — до гелеобразования с последующим отделением жид кой фазы.
При охлаждении биологических объектов ниже температур, при которых происходит превращение воды в лед, основную роль на чинают играть повреждающие факторы процессов кристаллооб разования — льдообразование.
Процесс льдообразования при постепенном понижении тем пературы начинается после более или менее глубокого переох лаждения. Сначала кристаллы льда возникают в межклеточной жидкости, концентрация растворенных веществ которой вслед ствие вымерзания воды начинает увеличиваться. Разность между концентрациями растворов в межклеточном пространстве и внут ри клеток приводит к перемещению влаги из клеток к кристаллам в межклеточном пространстве. Таким образом, увеличиваются кристаллы снаружи клеток, а сами клетки обезвоживаются. В дальнейшем процесс кристаллизации может начаться и в самих клет ках. При оттаивании рассмотренные явления развиваются в об ратной последовательности.
В случае быстрого понижения температуры биологических объек тов кристаллизация может происходить одновременно внутри кле ток и в окружающей их межклеточной жидкости.
В процессе хранения наблюдается миграционная перекристаллизация — увеличение размеров крупных кристаллов вследствие исчезновения мелких.
Одна из причин повреждения клеток — механическое действие кристаллов льда, которое приводит к их разрыву, проколам и порезам. Кроме того, из-за разрастания кристаллов льда в меж клеточном пространстве уменьшаются размеры клетки, что вы зывает сжатие и образование складок в оболочке, в результате чего может произойти механическое повреждение протоплазмы. При поступлении воды в клетку во время размораживания тесно соприкасающиеся слои протоплазмы начинают расходиться, при этом протоплазма часто отрывается от оболочки, что приводит к повреждению структуры клетки.
Еще более сильным повреждающим фактором является дена турация протоплазматических белков, вызванная обезвоживани ем клетки в результате вымораживания воды. Так, сближение мо лекул белка в результате обезвоживания приводит к тому, что сульфгидрильные группы (—SH—) отдельных белковых молекул вступают во взаимодействие и образуют дисульфидные связи. При оттаивании вода проникает в клетки и начинает раздвигать белко вые молекулы. Однако вследствие того что энергия образовавшихся дисульфидных связей выше, чем энергия водородных связей в структуре самой молекулы, происходит разрыв не дисульфидных, а водородных связей, что вызывает развертывание макромолекул белка, т.е. их денатурацию.
В результате вымораживания воды обезвоживание клетки мо жет достичь такой степени, что различные протоплазматические структуры придут в соприкосновение. При этом возможен пере нос ряда активных структурных компонентов с одной поверхнос ти на другую. Например, соприкосновение сложных мембран ми тохондрий, на которых расположены ферменты в строго установ ленной последовательности, может нарушить энергетические про цессы и привести к гибели клетки.
Наконец, еще один фактор повреждающего действия — повы шение концентрации минеральных солей (электролитов) в незамерзшей клеточной жидкости при обезвоживании в процессе кри сталлообразования. Под действием образующихся концентрирован ных солевых растворов белки денатурируют, причем развитие про цесса зависит не только от концентрации солей, но и от рН среды. К повышению концентрации солей особенно чувствительны липопротеиды, из которых в основном состоят мембраны клеток.
Поскольку с повышением концентрации солевых растворов возрастает осмотическое давление, весь комплекс явлений, раз вивающихся при замораживании, получил название «осмотичес кий шок».
Установлено, что многие органические вещества и некоторые биологические объекты лучше сохраняются при быстром и сверх быстром замораживании. Например, диски концентрированного желатинового геля, быстро замороженные в жидком воздухе, не изменяются в результате кристаллообразования, а также под дей ствием повреждающих факторов. Яичный желток утрачивает био логическую активность после замораживания до -6 °С, но не по вреждается при замораживании в жидком азоте и быстром оттаи вании в теплой ртути.
В ряде случаев активность ферментов в значительной степени сохраняется при быстром и сверхбыстром замораживании. При быстром замораживании остается меньше времени для воздей ствия солевых растворов на структуру белков молекул живых кле ток. Микроскопические исследования биологических объектов показали также, что их структура сохраняется тем лучше, чем быстрее происходит замораживание.
Сохранение жизнеспособности биологических объектов при сверхбыстром замораживании обусловлено витрификацией (стеклообразованием) воды в протоплазме клеток и последующей девитрификацией (расстеклованием) при быстром отеплении. В ходе этих процессов не происходит перегруппировки молекул воды, что способствует сохранению тонкой структуры протоплазмы кле ток. Витрификация представляет собой глубокое переохлаждение жидкости, при котором в ней отсутствует кристаллическая решетка.
Исследования показали, что даже при охлаждении с макси мальной скоростью биологические объекты всегда содержат на ряду с аморфной стеклообразной массой затвердевшей жидкости мельчайшие кристаллы льда.
Степень повреждающего действия низких температур зависит от места образования кристаллов льда в клетках и тканях биологи ческих объектов. Так, при внутриклеточной кристаллизации ин тенсивно разрушаются элементы протоплазмы. При заморажива нии растительных организмов образование льда внутри клеток всегда приводит к их гибели. Подавляющее большинство клеток Животного организма также не выдерживает внутриклеточного льдообразования.
Благодаря использованию защитных веществ (глицерин, сахар ный сироп, полиэтиленоксид и др.) возможны очень высокие скорости замораживания.
9.4. Вспомогательные средства, применяемые
при холодильной обработке и хранении
Для сохранения качества, снижения потерь и увеличения про должительности хранения продуктов кроме холодильной обработки применяют дополнительные средства: ультрафиолетовое и иони зирующие излучения, антисептики, регулируемую (РГС) и модифицированную (МГС) газовые среды и т.д.
Ультрафиолетовое излучение широко применяют на пищевых и торговых предприятиях для санации воздуха и поверхностного слоя продуктов. Оно охватывает область электромагнитных колебаний с длиной волны 136 — 4000 , обладает большой энергией и по этому оказывает сильное химическое, физическое и биологичес кое воздействие. В зависимости от длины волны действие различ ных участков ультрафиолетового спектра неодинаково. Наиболь шим воздействием на бактерии, подавляющим их жизнедеятель ность, обладают лучи с длиной волны от 2000 до 2950 . Эта об ласть называется бактерицидной. Максимум бактерицидного дей ствия оказывают лучи с длиной волны около 2600 .
Бактерицидные ламповые источники ультрафиолетовых лучей, выпускаемые промышленностью, представляют собой газоразряд ные лампы низкого давления с самонакаливающимися катодами. Они работают от электрической сети переменного тока напряже нием 127 и 220 В.
Под воздействием УФ-лучей происходит отмирание микроор ганизмов только в поверхностном слое продукта, так как прони кающая способность лучей не превышает 0,1 мм. Стерилизующий эффект облучения зависит от микробиологической загрязненнос ти продукта и стадии развития микроорганизмов. В сочетании с низкими положительными температурами он значительно увели чивает сроки хранения (в два раза и более) охлажденного мяса, яиц, полукопченых и копченых колбасных изделий, сыров, цит русовых и других продуктов.
Под влиянием облучения рост микрофлоры резко замедляет ся, т.е. проявляется бактериостатический эффект, который зави сит не только от дозы облучения, но и от состояния внешней среды. С понижением температуры среды продолжительность бактериостатического эффекта увеличивается.
Ионизирующие излучения вследствие высокой энергии способ ны вызвать ионизацию электрически нейтральных атомов и моле кул и стимулировать в облученных материалах однотипные хими ческие реакции.
Обработку продуктов проводят в специальных аппаратах (на пример, кобальтовых пушках), где происходит радиоактивный распад различных изотопов. При этом в продуктах возникают хи мические превращения, связанные в первую очередь с ионизацией воды, что вызывает образование свободных радикалов с высо кой химической активностью, приводит к изменениям в клетках. При определенной дозировке лучи подавляют жизнедеятельность микроорганизмов. На практике радиационную обработку проводят в виде радаппертизации — до полной стерильности продукта; радуризации — до ограниченного подавления микрофлоры; радисидации — до выборочного подавления микроорганизмов какого-либо типа для увеличения продолжительности хранения продукта.
Применение антисептиков основано на их свойстве подавлять микроорганизмы, предохраняя продукты от порчи. Проникая в клетку микроорганизма, эти вещества вступают во взаимодействие с белками протоплазмы, что приводит к их гибели.
К антисептикам предъявляют ряд требований, важнейшими из которых являются безвредность и минимальные изменения по требительских свойств продуктов.
В качестве антисептиков применяют сорбиновую и бензойную кислоты, пероксид водорода, диоксид серы и др.
Регулируемая газовая среда как способ консервирования заклю чается в хранении плодов и овощей в атмосфере с пониженной концентрацией кислорода и более высокой, чем в воздухе, кон центрацией диоксида углерода. Снижение концентрации кисло рода и повышение концентрации диоксида углерода замедляют процесс газовыделения в два-три раза и уменьшают теплоту дыхания до 3 — 5 %.
Благодаря использованию РГС для хранения плодов и овощей в охлажденном состоянии увеличиваются сроки их созревания и хра нения, уменьшаются потери. Применяют газовые среды разных ти пов, различающиеся содержанием кислорода и углекислого газа.
Состав газовой смеси зависит от вида сырья, сорта, условий выращивания и других факторов.
Модифицированная газовая среда — разновидность РГС. В этом случае газовый состав при хранении плодов и овощей создается в упаковке продукта и выдерживается с меньшей точностью.
Для поддержания стабильности газовой среды внутри упаков ки при хранении плодов используют селективно-проницаемые мембраны из пленок с высокой газопроницаемостью, поглотите ли углекислого газа и паров воды, перфорированные пленочные материалы. Часто эти способы комбинируют, применяя дополни тельную обработку плодов, поглотители этилена, альдегидов и других веществ, выделяемых плодами при хранении и влияющих на их качество.
Селективно-проницаемые мембраны обычно изготавливают из силиконового каучука — пленочного материала с хорошей газо проницаемостью. В таких упаковках создается модифицированная микроатмосфера, которую в определенной степени можно регу лировать, подбирая пленки с различной селективной проницаемостью для газов, сорта и количество плодов, а также температурно-влажностный режим в хранилищах.
Хранение яблок в полиэтиленовых контейнерах с силоксановыми мембранами позволяет значительно увеличить выход товар ных плодов и снизить потери, сократить их естественную убыль.
Для мелкой потребительской упаковки свежих фруктов, ово щей и ягод используют различные пленочные материалы в зави симости от интенсивности дыхания объекта.
Модифицированную газовую атмосферу применяют также для консервирования сырья животного происхождения и продуктов его переработки. Повышенные концентрации углекислого газа подавляют жизненные функции микроорганизмов охлажденного мяса и мясопродуктов и процессы окисления жира.
При переработке мяса в качестве вспомогательного консерви рующего средства применяют препарат «Бомаль», в состав кото рого входят ацетат, цитрат и L-аскорбат натрия, L-аскорбиновая кислота. Препарат стабилизирует количество микроорганизмов, способствует увеличению сроков хранения мясопродуктов, сохра нению их свежести и улучшению органолептических свойств.
ГЛАВА 10
ВИДЫ ХОЛОДИЛЬНОЙ ОБРАБОТКИ
ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ
10.1. Охлаждение
Охлажденным считается продукт, в толще которого поддержи вается температура от 0 до 4°С.
Основная задача охлаждения заключается в создании небла гоприятных условий для развития микробиальных и фермента тивных процессов в пищевых продуктах. Цель охлаждения — со хранение первоначального качества продукта в течение опреде ленного времени.
Для многих продуктов, особенно растительного происхожде ния, являющихся живыми организмами, выбор конечной темпе ратуры охлаждения, при которой они будут храниться, имеет боль шое 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 первосте пенное значение имеют качество получаемого продукта и эконо мичность 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 инертны ми 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 относи тельную 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 нахо дится в состоянии насыщения при температуре тела, а у поверхности охлаждающих приборов — при температуре их теплообменной поверхности. Поскольку эти две поверхности имеют раз ную 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 ос новные 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 теп лоемкость. Например, теплоемкость растительного масла 2,1 кДж/ (кг • К), а овощей 4,1 кДж/(кг • К).
Пищевые продукты имеют в основном небольшую теплопро водность. Поэтому они охлаждаются относительно медленно. Теп лопроводность свиного сала 0,14 Вт/(м · К), мяса животных око ло 0,47 Вт/(м · К).
Поскольку охлаждение пищевых продуктов в воздухе сопро вождается испарением влаги с поверхности и выделением внут ренней теплоты за счет биологических процессов, оно представ ляет собой комплексный процесс тепло- и массообмена.
10.2. Замораживание
К замораживанию пищевых продуктов прибегают для дости жения следующих целей:
обеспечения сохранности во время длительного хранения;
отделения влаги при концентрировании жидких пищевых про дуктов;
изменения физических свойств продуктов (твердость, хрупкость и др.) при подготовке к дальнейшим технологическим операциям;
при сублимационной сушке;
производства своеобразных пищевых продуктов и придания им специфических вкусовых и товарных качеств (мороженое, пель мени, 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 пере мещение 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 вла ги, необходимой для жизнедеятельности микроорганизмов и осу ществления биохимических реакций.
Различие между замораживанием и сушкой состоит в том, что при замораживании влага превращается в лед, не будучи удален ной 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;
изменением термодинамических характеристик (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 пище вых продуктов.
При замораживании в отличие от охлаждения происходят час тичное 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. За мораживая продукт, необходимо стремиться прежде всего к со хранению его питательных и вкусовых свойств. Для этого необхо димо добиться максимальной обратимости явлений, происходя щих 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 орга нические 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 раство ра, степени диссоциации растворенных веществ и свойств раство рения. 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 вымерза ет 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 сво бодную 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 про дукта и является растворителем минеральных веществ. При темпе ратуре ниже криоскопической она превращается в лед. По мере вымораживания свободной воды увеличивается концентрация со лей в незамерзшем межклеточном растворе, что приводит к сме щению криоскопической температуры в область более низких тем ператур. При этом вымораживание воды происходит постепенно, с повышением концентрации оставшегося раствора. При дости жении концентрации, определенной для данного раствора (тка невого сока), он застывает в сплошную твердую массу, называе мую эвтектикой; температура ее образования называется эвтекти ческой.
В холодильной технологии воду, перешедшую в твердое состо яние, принято называть вымороженной. Количество выморожен ной воды определяется отношением влаги, превращенной в лед, к общему ее количеству:
= Gл / (Gл + GВ), (31)
где Gл, GB — количество соответственно льда и влаги при данной температуре, доли единицы.
Экспериментально установлено, что примерно 3/4 воды, содер жащейся 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 ока зывают размер, форма и распределение кристаллов льда, образу ющихся в продукте при замораживании. Характер кристаллообра зования зависит от состояния клеточных оболочек, концентра ции растворенных веществ в клетках, степени гидратации белков и других свойств продукта. Большое значение имеет также ско рость замораживания.
Скорость замораживания определяется скоростью продвижения границы раздела между жидкой и отвердевшей фазами от поверх ности замораживаемого продукта к его термическому центру. Сле дует 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 замо раживания.
Скорость замораживания V рассматривается как промежуток времени , необходимый для понижения температуры продукта в пределах некоторого интервала температур t, °С/мин:
V = t / . (32)
Иногда под скоростью замораживания понимают количество вымороженной воды в объекте за какой-то промежуток времени, % /мин:
V = / . (33)
Наиболее часто среднюю скорость рассматривают как отноше ние пути к продолжительности прохождения фронта кристалло образования от поверхности продукта до геометрического центра и выражают.
Скорость замораживания зависит от температуры, толщины продукта и способа замораживания. По Планку, она выражается формулой
dx/d = (tкр - to) / q [(x / ) + (1 /)], (34)
где tкp, t0 — соответственно криоскопическая температура продукта и температура охлаждающей среды, °С; q — удельное количество теплоты, отводимой от продукта при замораживании, кДж/кг; — плотность продукта, кг/м3; х — определяющий размер продукта, м; — коэффициент теплопроводности продукта, Вт/(кг · К); — коэффициент теплоотдачи.
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 жид костью 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 приво дит 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 замора живаемого продукта. Вода почти без перемещения переходит в лед по месту ее нахождения до замораживания. При этом травмирую щее 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 по вреждения клеток и тканей при замораживании различными фак торами:
механическим — давление образующихся кристаллов льда на строение тканей;
осмотическим — чрезмерная дегидратация клеток;
химическим — гиперконцентрация солей как вне, так и внут ри 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 меха ническое действие кристаллов льда, особенно внеклеточных.
При медленном замораживании процесс кристаллообразова ния начинается при определенной температуре (ниже криоскопической) прежде всего в межклеточных и межволоконных про странствах, жидкость в которых имеет более высокую криоскопическую точку из-за меньшей концентрации солей и органи ческих веществ и слабее связана с гидрофильными коллоидами продукта.
Появление кристаллов льда приводит к увеличению концент рации веществ в слое раствора, прилегающем к поверхности кри сталлов. Вследствие разности концентраций раствора внутри и вне клеток возникают отток влаги из волокон и клеток и наморажи вание ее на поверхности кристаллов.
Расширение воды при превращении ее в лед 9приводит к сдав ливанию волокон и клеток, что вызывает дополнительный отток воды из них. Этот процесс продолжается до тех пор, пока темпе ратура не станет достаточно низкой, чтобы началось кристалло образование внутри волокон и клеток, где остается уже неболь шое количество влаги в концентрированном растворе.
При быстром замораживании теплота отводится более интен сивно. Прежде чем успеет активно развиться миграционный про цесс, температура внутри волокон и клеток становится достаточ но низкой, чтобы в соответствии с концентрацией раствора нача лось кристаллообразование. Таким образом, быстрое заморажива ние приводит к затвердеванию влаги без значительного ее пере распределения.
Повышение скорости замораживания сокращает миграцию вла ги, вызывает образование большого количества мельчайших кри сталлов, равномерно размещенных как в межклеточном простран стве, 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.
Стекловидное состояние отличается от кристаллического тем, что молекулы вещества распределяются хаотически, а не по опре деленному стереометрическому плану, как это происходит при кристаллизации.
При стекловидном состоянии ткань приобретает некоторые свойства твердого тела. Это состояние менее устойчиво в термоди намическом смысле, поэтому со временем при небольшом повы шении температуры наблюдается постепенный переход из стек ловидного 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 пе рейти в жидкое, минуя кристаллическое. Таким образом, минуя структурный распад, который наступает после внутриклеточной кристаллизации, а также при внутренней миграционной перекристаллизации после первоначального процесса замораживания, можно с помощью сверхбыстрого охлаждения предотвратить трав мы 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 хи мических и коллоидных процессов происходят денатурационные Изменения белковых веществ.
При медленном замораживании концентрация солевых раство ров в продукте выше и время их воздействия больше. А степень денатурации белков зависит от времени воздействия на них ги пертонических 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 замо раживании приводит к изменениям активности ферментов и ско рости денатурации белка.
Факторы, влияющие на качество замораживаемых продуктов. Быстрое замораживание не всегда обеспечивает высокое качество продуктов. Так, замораживание некоторых видов пищевых продук тов (большого объема) в криогенных жидкостях протекает с боль шой скоростью, но одновременно в продуктах сильно повышается внутреннее давление замерзшего клеточного сока. Повышение дав ления 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 замора живании сверхбыстрым способом. Результат — повреждения вне шних перемороженных слоев продукта, причем они не связаны с повреждениями, обусловленными образованием крупных крис таллов при медленном замораживании. Эти повреждения проис ходят, когда температура на поверхности продукта становится на много ниже криоскопической, а в центральных слоях еще отме чается стадия льдообразования. Увеличение объема центральных замерзающих слоев приводит к возрастанию внутреннего давле ния в продукте, и когда плотный, неэластичный внешний пер вый слой не в состоянии выдержать внутреннее давление, проис ходит разрыв замораживаемого продукта.
Решающее влияние на скорость замораживания оказывают тем пература 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 вла га, 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 температур продук та, вида среды, метода и скорости замораживания, а также спе цифических 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 затруд нено. Поэтому массообмен в холодильной камере можно опреде лять не по величине массы влаги, отданной продуктом, а по мас се влаги, усвоенной воздухом в зависимости от его температуры, давления и равновесной влажности.
Из термодинамики следует, что масса влаги g, усвоенная воздухом, зависит от количества теплоты, подведенной к нему, тем пературы и относительной влажности воздуха, кг:
g = Q (1/d) / r (t), (35)
где Q — количество теплоты, воспроизведенное за счет сухого и влажного теплообмена, кВт; 1/d — доля теплоты, затраченной на массообмен; d — коэффициент влагопереноса; r(t) — скры тая теплота испарения, зависящая от температуры, кВт/кг.
Усушка резко уменьшается, если на поверхности натурального продукта имеется влагонепроницаемый слой (корочка подсыха ния, 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 паронепрони цаемой упаковке исключаются потери водяного пара через слой упаковочного материала. Однако при наличии свободных про странств между продуктом и упаковкой на внутренней поверхно сти упаковочного материала образуется иней в результате кон денсации и замерзания водяного пара (внутренняя усушка).
Изменения, происходящие в продукте при замораживании. При любом способе и скорости замораживания в клетке могут проис ходить сложные изменения, связанные с нарушением ее структу ры. Так, понижение температуры продукта до -8...-10°С сопровождается интенсивным льдообразованием и, следовательно, рез ким увеличением концентрации химических соединений в жид кой фазе продукта, уменьшением ее объема, сближением моле кул. При этом создаются условия для структурных перестроек бел ковых молекул, возникновения межмолекулярных реакций, агре гации.
Нарушения пространственной структуры макрочастиц белков идентифицируются с денатурацией, а ее внешним проявлением является выделение тканевого сока при размораживании. Разви тие этих процессов стимулирует повышение концентрации электролитов в жидкой фазе. Зона максимального развития денатурационных изменений совпадает с температурной зоной максималь ной кристаллизации тканевого раствора. Денатурация наблюдает ся 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 кристалличес кую 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 опреде ленной степени замедляются физическими изменениями образо вавшегося раствора, в частности вязкости, ионной силы, давле ния водяных паров, рН. При введении некоторых веществ (этиленгликоль, пропиленгликоль, сахар, глицерин) процесс дена турации замедляется. Предполагается, что эти вещества усилива ют прочность водородных мостиков и связей воды. При их введе нии снижается количество вымораживаемой воды.
Разрабатываются пищевые системы, включающие заморажи ваемый продукт и структурирующие вещества, состоящие из на туральных пищевых компонентов. Использование таких пищевых систем позволяет получить сырье для замораживания, которое не теряет высокой биологической ценности при температуре замо раживания -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 высво бождаются при повреждении клеток.
Изменения жиров при замораживании и хранении — результат ферментативных и окислительных процессов. С понижением тем пературы замораживания скорость химических реакций резко за медляется, соответственно замедляются и химические процессы порчи жиров. Скорость ферментативных процессов при пониже нии температуры в определенном интервале может и возрастать.
При замораживании снижаются количество и активность мик роорганизмов, однако добиться их полного уничтожения невоз можно. Устойчивость микробной клетки к замораживанию зави сит от вида микроорганизма, стадии его развития, среды обита ния, 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 раз делке туш. Критерием качества мясного сырья принято также счи тать степень развития в сырье послеубойных процессов.
Мясо, замороженное в стадии окоченения, более низкого качества, так как белки такого мяса обладают наименьшей ра створимостью, набухаемостью и влагоудерживающей способ ностью.
Замороженное парное мясо обладает высокой степенью обра тимости, 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 темпе ратура 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 разморожен ное, 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 тем пературе -20 °С практически исчезают вследствие рекристаллиза ции. Движущей силой этого процесса может быть колебание температуры во время хранения, а также разность давлений водяных паров на поверхности мелких и крупных кристаллов. На поверх ности мелких кристаллов давление водяных паров всегда выше, вследствие чего происходит миграция влаги от более мелких кри сталлов к крупным. При низких температурах процесс рекристал лизации протекает медленно, но по мере повышения температу ры рекристаллизация заметно ускоряется.
К каждому продукту требуется индивидуальный подход при определении метода и технического средства замораживания.
10.3. Подмораживание
Подмораживание заключается в понижении температуры про дуктов немного ниже криоскопической для улучшения условий хранения. Поскольку понижение температуры продуктов сопро вождается некоторым льдообразованием, термин «переохлажде ние» неточен, более правильный — «подмораживание».
Наиболее широко подмораживанием пользуются для сохране ния рыбы, мяса птицы и плодов.
Существуют два основных способа подмораживания продуктов:
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 замораживает ся его периферийный слой ограниченной толщины; после пере мещения продукта в камеру хранения с температурой -2...-З 0С вследствие внутреннего теплообмена во всем объеме продукта устанавливается температура, одинаковая с температурой хра нения. Этот способ рекомендуется для подмораживания мяса и рыбы, причем подмораживать рыбу можно контактным спосо бом в рассоле.
Исследования показали, что в подмороженных продуктах при хранении происходят те же изменения, что и при охлаждении, но протекают они медленнее, поэтому продолжительность хране ния 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 не которой толщины и в продукте создается резко неравномерное температурное поле. На втором этапе происходит внутренний теп лообмен в продукте при очень слабом теплообмене с воздухом камеры хранения. Это приводит к приблизительному равенству температуры продукта и камеры. Внутренний теплообмен в про дукте можно рассчитывать как адиабатный.
Интенсивный отвод теплоты от продукта на первом этапе при водит к быстрому замораживанию периферийного слоя, что бла гоприятно в технологическом отношении и удобно организаци онно, так как время, необходимое для пребывания продукта в морозильной камере, невелико. Последнее обстоятельство по зволяет выполнить в непрерывном потоке подмораживание та ких продуктов, как мясные полутуши и четвертины. Нет необхо димости ограничивать на первом уровне понижение температу ры 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 пер вом этапе, тем совершеннее он в технологическом и организаци онном 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, тем пературопроводность, энтальпию, криоскопическую температу ру, плотность, равновесное давление пара.
Удельной теплоемкостью называется величина, равная количе ству теплоты, необходимому для нагревания или охлаждения 1 кг вещества на 1 К.
Если известны состав продуктов питания и удельная теплоем кость отдельных компонентов, то удельную теплоемкость продук та с рассчитывают по закону аддитивности:
c = g1c1 + g2c2 + … + gncn, (36)
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 теплоем кость 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 соответствен но воды и сухих веществ.
Теплоемкость сухих веществ большинства продуктов животно го происхождения колеблется от 1,34 до 1,68 кДж/(кг • К), расти тельных составляет около 0,91 кДж/(кг • К). При отсутствии экс периментальных данных эти значения можно применять для оценки теплоемкости продуктов.
Изменение удельной теплоемкости продуктов в интервале тем ператур замораживания определяется в основном начальным их влагосодержанием и количеством вымороженной воды. Теплоем кость убывает с понижением температуры, стремясь к нулю при абсолютном нуле температуры (третий закон термодинамики).
Теплопроводность — один из видов теплопередачи, при кото ром перенос теплоты имеет атомно-молекулярный характер. Яв ления теплопроводности возникают при разности температур меж ду отдельными участками тела (продукта). Количественно тепло проводность 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:
= B W + C (1 – W), (38)
где B — коэффициент теплопроводности воды, равный 0,6 Вт/(м · К); C — коэффициент теплопроводности сухих веществ, равный 0,26 Вт/(м • К).
Теплопроводность продуктов с понижением температуры ос тается практически постоянной до начала замерзания и зависит только от влагосодержания, а затем увеличивается, так как коэф фициент 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 пере мещается температурный фронт. Скорость этого перемещения характеризуется коэффициентом температуропроводности
а = /с, (39)
где а — коэффициент температуропроводности продукта, м2/с; — коэффициент теплопроводности продукта, Вт/(м • К); с — удельная теплоемкость продукта, Дж/(кг • К); — плотность про дукта, кг/м3.
При положительных температурах температуропроводность продукта практически неизменна, но с началом льдообразования она резко уменьшается. Это вызвано выделением теплоты крис таллизации. При дальнейшем понижении температуры вследствие роста теплопроводности и уменьшения теплоемкости температу ропроводность увеличивается и достигает постоянного значения, когда вода полностью переходит в лед.
Энтальпия — однозначная функция состояния термодинамичес кой системы, часто называемая тепловой функцией или теплосо держанием, измеряется в Дж/кг. Данными об изменении энталь пии продовольственных продуктов в холодильной технологии пользуются обычно для определения отведенной или подведенной теплоты при холодильной обработке продуктов. Энтальпию отсчи тывают 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 продовольствен ных продуктов представляет собой диссоциированный коллоид ный 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%), опреде ляет 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 пониже нии их температуры ниже криоскопической существенно изменя ет теплофизические свойства продуктов. Основной причиной из менения 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 (льдообразова ния) воды. Ее значение максимально при начальной криоскопи ческой температуре продукта и уменьшается с понижением температуры.
В тепловых расчетах процесса замораживания пользуются ус ловной теплоемкостью замороженных продуктов, в которую не включают скрытую теплоту льдообразования.
Условная удельная теплоемкость, Дж/(кг • К)
cм = сс (1 - W) + сЛW + cB W (1- ), (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 про дуктах; — относительное количество вымороженной воды (опре деляется при температуре вычисляемой удельной теплоемкости).
Преобразовав выражение и подставив в него значения сл и св, получаем
см = с0 - 2,12 W, (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
q = (2 – 1) W rл, (43)
где (2 – 1) - разность относительных количеств вымороженной воды при изменении температуры на один градус; W — массовая доля воды в продуктах; rл — удельная скрытая теплота льдообра зования, кДж/(кг • К); rл = 335 кДж/(кг · К) при 0°С.
Удельную теплоту льдообразования при различных температу рах приближенно вычисляют по формуле, кДж/(кг · К),
rл = 335 + 2,12 t, (44)
где t— температура замороженного продукта, °С, взятая по абсолютной величине.
Полная удельная теплоемкость замороженного продукта со ставит
с = см + q, (45)
где см — условная удельная теплоемкость замороженного продук та, кДж/(кг · К); q — теплота льдообразования единицы массы продукта при изменении температуры на один градус, кДж/(кг · К).
Разница между значениями с и см максимальна при началь ной криоскопической температуре, когда см = с0, a q имеет наи большее числовое значение. После окончания вымерзания воды q и с равны см.
Для вычисления полной удельной теплоемкости некоторых продуктов при температурах ниже криоскопической пользуются приближенной эмпирической формулой
с = 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.
Таблица 2
Значения постоянных п и т теплоемкости продуктов
|
Продукт
|
п
|
т
|
|
Говядина
|
0,670
|
39,40
|
|
Свинина:
|
|
|
|
при W=52 %
|
0,545
|
29,20
|
|
при W=77 %
|
2,810
|
11,53
|
|
среднее значение
|
1,885
|
17,35
|
|
Пикша, треска
|
0,755
|
37,50
|
Для расчета коэффициента теплопроводности некоторых продуктов при замораживании можно воспользоваться приближенной эмпирической формулой
= n1 + m1/t, (47)
где n1 и m1 - постоянные теплопроводимости продуктов, их зна чения приведены в табл. 3.
Таблица 3
Значения постоянных n1 и т2 теплопроводности продуктов
|
Продукт
|
n1
|
m2
|
|
Говядина
|
1,50
|
1,08
|
|
Свинина
|
3,36
|
1,55
|
|
Пикша, треска
|
1,23
|
0,58
|
|
Судак
|
1,19
|
0,77
|
Увеличение теплопроводности продукта при понижении темпе ратуры практически завершается с окончанием льдообразования.
Плотность продуктов при замораживании уменьшается тем доль ше, чем больше воды они содержат и чем ниже температура, кото рая 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 темпера туры увеличивается и достигает максимальной величины с завер шением льдообразования. Коэффициент температуропроводности рассчитывается по формуле
ам = м /(см м), (48)
где м — коэффициент теплопроводности замороженных продук тов; см — удельная расчетная теплоемкость замороженных продук тов, кДж/(кг • К); м — плотность замороженного продукта, кг/м3.
Для большинства продуктов питания коэффициент температу ропроводности можно вычислить по формуле
ам = а0 + (2,08 • 10-6) , (49)
где а0 — коэффициент температуропроводности продуктов при температуре выше криоскопической, м2/с; — относительное количество воды, вымороженной из продуктов при данной темпе ратуре.
При повышении содержания воды в продукте числовой коэф фициент тоже увеличивается.
Температурные графики замораживания характеризуют изме нения 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. При чем крутизна этого участка определяется быстротой отвода тепло ты от продукта.
На втором участке снижение температуры замедляется вслед ствие 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 при менением быстрых и сверхбыстрых способов замораживания (см. рис. 18, б).
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 про цесс 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 продолжитель ности охлаждения продуктов и количества теплоты, отводимого от них в процессе охлаждения.
Продолжительность охлаждения — основа расчета количества теплоты, отводимой от продуктов в процессе охлаждения, оцен ки эффективности работы холодильной камеры, оборудования и др. Она зависит от вида и параметров охлаждающей среды, размеров и теплофизических характеристик охлаждаемых про дуктов. Наибольшей продолжительностью характеризуются про цессы охлаждения продуктов в воздушной среде, наименьшей — в вакууме.
Продолжительность охлаждения продуктов, имеющих правиль ную 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
= (t – t0) / (tH – t0), (50)
где t, tH — соответственно текущая и начальная температуры про дукта, °С; t0 — температура охлаждающей среды, 0С;
t= f (х, ). (51)
Критерий Био, характеризующий эффективность теплообмена поверхности продукта с охлаждающей средой, рассчитывается по уравнению
Bi = l / , (52)
где — коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности про дукта охлаждающей среде, Вт/(м2 • К); l— половина толщины про дукта, м; — коэффициент теплопроводности продукта, Вт/(м · К).
Коэффициент теплопроводности продукта определяют по таб лице (см. табл. 3), а коэффициент теплоотдачи — из критериаль ных зависимостей теплообмена при вынужденном и естественном движении охлаждающей среды у поверхности продукта.
Приближенно коэффициент теплоотдачи от продукта к возду ху находят из зависимости Юргенса:
= 1,16 (5,3 + 3,6 v), (53)
где v — скорость движения воздуха у поверхности продукта, м/с.
Для приближенных расчетов коэффициент теплоотдачи от про дукта к жидкой среде при естественной конвекции можно при нять равным 200 — 230 Вт/(м2 · К), при скорости движения жид кости 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 соответствую щих прямых. Из полученной точки опускают перпендикуляр на ось абсцисс и находят значение критерия Фурье Fo, или безраз мерное время
Fo = а / l2, (54)
где а — коэффициент температуропроводности продукта, м2/с; — продолжительность охлаждения, с; l — половина толщины про дукта, м.
Отсюда продолжительность охлаждения
= Fo l2/a. (55)
Коэффициент температуропроводности продукта а в формуле находят по таблицам теплофизических характеристик. В прибли женных расчетах его можно принять равным 1,25 · 10-7 м2/с.
Количество теплоты, отводимой при охлаждении, можно оп ределить, пользуясь выражением
Q = G co (tH – tK) (56)
Или
Q = G (iH – iK), (57)
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 по верхности, т.е. конвективный теплообмен сочетается с испари тельным. Причем теплота, отводимая вследствие испарения влаги, может составлять до 50 % общего количества теплоты в зависимо сти от температуры воздуха и свойств охлаждаемых продуктов.
Испарение влаги с поверхности продуктов значительно умень шается при наличии естественного защитного слоя или упаковки.
При медленном охлаждении продуктов количество теплоты, отводимой от мяса, птицы, рыбы и др., увеличивается за счет биохимических процессов, происходящих в продукте на началь ной стадии созревания. В этом случае общая формула количества теплоты, отводимой от продукта, с учетом его внутренних тепло выделений 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 конеч ной температур продукта; qВН — внутреннее тепловыделение еди ницы массы продукта в процессе всего охлаждения, Дж/кг; g — удельное количество испарившейся воды; LK - LИ — удельная теп лота конденсации и испарения с единицы массы продукта, Дж/кг.
12.2. Тепловой расчет процесса замораживания
При тепловых расчетах процесса замораживания задаются на чальная и конечная температуры продуктов. Конечная температу ра 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 необ ходимость введения понятия средней конечной температуры за мораживания.
Средней конечной температурой замораживания называют тем пературу, характеризующую состояние замороженного продукта, помещенного в камеру хранения, когда наружный теплообмен практически отсутствует (температура на поверхности близка к темпе ратуре воздуха в камере), а внутренний происходит путем вырав нивания температуры по всему объему продукта. Конечная темпе ратура 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 tск = (2tц + tп) / 2; (60)
для цилиндра tск = (tц + tп) / 2; (61)
для шара tск = (2tц + 3tп) / 2; (62)
где tц и tп — температура соответственно в центре и на поверхно сти 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 тем пературой 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); (63)
Bi = м l / м, (64)
где м — коэффициент теплоотдачи при замораживании, Вт/(м2 · К); К — коэффициент теплопроводности продукта при средней ко нечной 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 ко нечной, 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 м можно опре делить, представляя их в виде тел простой стереометрической формы. В холодильной технологии для приближенных расчетов наиболее часто используют формулу Планка
м = qм м lм (1/4 м + 1/м) / [3,6 (tкр - to) A], (65)
где qм — полная удельная теплота, отводимая от продукта при за мораживании от начальной температуры до заданной средней ко нечной, кДж/кг; м — плотность замороженного продукта, кг/м; lм — толщина продукта, м; tкp — начальная криоскопическая тем пература продукта, °С; А — коэффициент, значение которого за висит 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:
= qм м lм {R / м + P [1/м + (ly / y)]} / [3,6 (tкр - to)], (67)
где R и P — коэффициенты, значения которых зависят от соот ношения размеров тела и направления тепловых потоков; (ly / y) — сумма тепловых сопротивлений слоев упаковки,
м2 • К/Вт.
При расчетах продолжительности замораживания по форму лам 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 заморажи вании, можно определить по формуле
Qм = G [c0 (tн – tкр) + rW + см (tкр – tск)], (68)
где G — масса замораживаемого продукта, кг; r — скрытая теп лота замерзания воды, Дж/кг; — 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).
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 пита ния путем замедления изменений, ухудшающих их качество, по этому продолжительность хранения является одной из основных его характеристик. Продолжительность хранения зависит от фи зико-химических свойств материала, режимов холодильной обра ботки, хранения и других факторов, т.е.
= f (А, В, С, ..., N), (69)
где А, В, С, ..., N — температура, влажность и скорость движения среды, ее состав и давление, наличие внешней оболочки (кожу ры) и упаковки продукта и др.
Уровень значимости отдельных факторов различен. Температу ра, 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 модифи цированной 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 опре деленного 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 повы шенных внешних давлениях. Естественно, внешняя оболочка (ко жура) и упаковка продуктов питания уменьшают усушку и удли няют продолжительность хранения, поэтому перспективно хранение охлажденных и замороженных продуктов в упакованном виде. Как уже отмечалось, продолжительность хранения зависит от Множества факторов, поэтому выявление аналитической зависи мости от свойств материалов и режимов хранения — сложная задача. Кроме того, отсутствуют четкие критерии оценки результатов хранения. Однако основным параметром все же можно счи тать температуру хранения. Д. Г. Рютов на основе экспериментальных исследований предложил справедливую в пределах темпера тур -20 °С t -6 °С зависимость
= А · 10-btв, (70)
где А и b — постоянные, зависящие от свойств продуктов; tB — температура хранения, °С.
Приведем значение параметра А для некоторых продуктов: го вядины 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 тем пература. Ее повышение отрицательно сказывается на качестве хранящихся продуктов. За рубежом появились встроенные инди каторы, цвет которых изменяется при повышении температуры выше допустимой. Таким образом покупатель осведомлен о качестве купленного продукта. Работы по совершенствованию анало гичных датчиков продолжаются.
Рис. 19. Схема тепло- и массопереноса при холодильном хранении продуктов:
а — полная; б — упрощенная; / — на ружные стены камеры; // — источни ки влаги помимо продукта; /// — воз дух камеры; IV — продукт; V — прибо ры охлаждения; 1— перенос теплоту конвекцией; 2 — перенос теплоты ра диацией; 3— перенос теплоты испа рением и конденсацией
На рис. 19, а дана принципиальная схема тепловлажностных процессов в камере холодильного хранения, предложенная Д. Г. Рютовым. В схеме учитываются конвективный и радиацион ный переносы теплоты, а также перенос влаги испарением (суб лимацией) и конденсацией (десублимацией). Однако для матема тического описания процесса приняты некоторые допущения: влага в воздух камеры поступает только за счет испарения (сублимации) с поверхности продукта; продукт получает теплоту от воз духа только путем конвекции.
Упрощенная схема переноса теплоты и массы в камере холо дильного хранения при отсутствии лучистого теплообмена и по сторонних источников влаги дана на рис. 19, б. Температура продуктов tn, хранящихся в камере, несколько ниже температуры хра нения tB из-за испарения воды с поверхности продукта (усушки).
Таким образом, в камере хранения поддерживается температу ра 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 = F(tB – tп), (72)
где — коэффициент теплоотдачи между продуктом и воздухом, Вт/(м2 · К); F — площадь поверхности продуктов, м2.
Количество влаги, испарившейся из продукта в единицу вре мени, кг/с,
Wи = F (pn – pв). (73)
Она оседает на батареях охлаждения, причемъ
Wи = б Fб (pв - рб). (74)
где , б — соответственно коэффициенты испарения и конденса ции водяного пара, кг/(м2 · с · Па); Fб — площадь поверхности ох лаждающих приборов, м2; рп, рб — давление водяных паров соответ ственно на поверхности продукта, батареи, Па; рв — давление насы щенных паров воздуха, Па; — относительная влажность воздуха.
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 конден сации (десублимации) / = const. Преобразовав уравнения (43) и (74), получим
F/(бFб) = А( рв – pб) / (tB - tn), (75)
где б— коэффициент теплоотдачи между воздухом и поверхнос тью охлаждающей батареи; А — постоянный коэффициент.
Анализ уравнения (75) показывает, что при данных F, , tB, tn уменьшения усушки (рв – pб) можно добиться, увеличивая бFб, т. е. увеличивая поверхность охлаждающих приборов или коэффи циент теплоотдачи б.
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 темпера туры воздуха в камере хранения.
Учитывая теплоту, подводимую к продукту конвекцией и из лучением от более теплой стенки камеры, теплоту, отводимую от продукта излучением к поверхности приборов охлаждения, и теп лоту сублимации влаги, а также внутренние тепловые потоки, усушку определяют из уравнения
G = Fб (dп – dв) / [cб (1/б + 1/ п)], (76)
где Fб — площадь поверхности охлаждающих приборов, м2; dn, dв — влагосодержание насыщенного воздуха соответственно при температуре продукта и воздуха камеры, кг/кг; сб — удельная теп лоемкость влажного воздуха при температуре поверхности прибо ров охлаждения, кДж/(кг • К); п — 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 случай но 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 тем пература -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 относи тельной влажности воздуха усушка может возрастать, когда воз растает разность температур между воздухом камеры и поверхностью приборов охлаждения, и убывать, когда уменьшается. Увеличение приводит к возрастанию интенсивности конденса ции влаги из воздуха и, следовательно, к увеличению усушки. Скорость движения воздуха в камерах хранения должна быть ми нимальной, обеспечивающей ликвидацию застойных зон.
Абсолютная усушка практически не зависит от количества про дукта в камере хранения, однако относительная усушка резко воз растает, когда камера недогружена. Это объясняется увеличением удельной плотности теплового потока на единицу продукта. Самый лучший способ сократить усушку до минимальной — упа ковка продуктов и понижение температуры, причем потери мас сы 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).
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 вто ром случае теплота генерируется внутри продукта за счет погло щения 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; отноше ния 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 продол жительность 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 ста дия — таяние льда, которое начинается на поверхности материа ла и заканчивается в области его термического центра. При этом основной механизм передачи теплоты в продукте — молекуляр ная теплопроводность как сухих веществ, так и влаги в виде воды или льда. При выводе формулы, определяющей продолжитель ность процесса, приняты следующие допущения: продукт пред ставляет собой однородное изотропное тело в виде неограничен ной пластины, температура окружающей среды и коэффициент теплоотдачи, теплоемкость, теплопроводность и плотность мате риала в процессе размораживания остаются постоянными.
Продолжительность первой стадии размораживания можно определить путем решения дифференциального уравнения тепло проводности dt/d = (d2t/dx2) при условии, что количество теп лоты, подводимой к поверхности продукта, должно быть равно количеству теплоты, отводимой от поверхности внутрь продукта путем теплопроводности (граничное условие третьего рода):
(t0 - tп) = - dt/dx. (77)
Коэффициент теплоотдачи находят из известной критериаль ной зависимости
Nu = 0,032 Re0,8. (78)
Не приводя подробного решения дифференциального уравне ния, представим продолжительность первой стадии разморажи вания в виде
= (l2/a12) ln[(t0 – tн) A1 cos1/(t0 – tкр)], (79)
где а — коэффициент температуропроводности продукта, м2/с; 1 — корень характеристического уравнения, находится в зависи мости от Bi = l/np; A1 — коэффициент, определяемый корнем характеристического уравнения 1:
А1 = (2 sin 1) / (1 + sin 1 cos 1). (80)
Так как корень характеристического уравнения 1 полностью определяется критерием Bi, то и постоянный коэффициент А1 является однозначной функцией Bi. Существуют таблицы, по ко торым можно определить величину А1, зная критерий Bi (табл. 4). Порядок расчета продолжительности первой стадии размора живания следующий:
1) определить коэффициент теплоотдачи по критериальному уравнению (78) и критерию Re;
2) определить критерий Bi;
3) по табл. 4 найти 1 в зависимости от найденного критерия Bi;
4) определить постоянную А1 по формуле (80) или из таблиц;
5) определить продолжительность первой фазы разморажива ния по формуле (79).
Эксперименты и расчеты показали, что длительность первой стадии размораживания составляет в среднем около 30 % длитель ности основной, второй стадии, поэтому в общую продолжитель ность процесса в дальнейшем будет введен коэффициент т = 1,3.
Таблица 4
Зависимость корня характеристического уравнения от Bi
При определении продолжительности размораживания на вто рой стадии процесса при появлении границы раздела фаз допус кается, что распределение температур по толщине в разморожен ном слое имеет линейный характер, а температура границы раз дела остается постоянной и равной криоскопической температу ре tкр. Эти же допущения были приняты при выводе формулы про должительности замораживания материала. Так как физическая модель этих процессов одинакова и одинаковы сделанные допу щения, можно воспользоваться формулой Планка:
= [ql / (t0 – tкр) Kф] [(l / (20)) + (1/)], (81)
где q — удельное количество теплоты, которое необходимо под вести к продукту при размораживании; — плотность продукта; l — половина определяющего геометрического размера продукта; Кф — коэффициент формы продукта; 0 — коэффициент теплопроводности размороженного слоя.
Полная продолжительность размораживания
= [ql / (t0 – tкр) Kф] [(l / 20) + (1/)] m, (82)
где т — коэффициент, учитывающий первую стадию разморажи вания.
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 охлаж денном состоянии — самый надежный и распространенный спо соб консервирования, в основе которого лежит применение хо лода для поддержания оптимальных значений температуры, от носительной влажности воздуха и воздухообмена.
Хранение свежих плодов и овощей основано на принципе биоза (поддержание жизнедеятельности за счет естественного имму нитета). Процессы, происходящие в плодах и овощах на всех этапах жизненного цикла, имеют общебиологическую природу, а процессы, протекающие в период хранения, в значительной сте пени являются продолжением этих процессов. Однако имеется и принципиальное различие: во время роста наряду с распадом орга нических веществ происходит активный их синтез, причем про цессы синтеза преобладают над процессами распада, а в храня щихся плодах и овощах наблюдается главным образом распад ве ществ с выделением энергии, необходимой для жизнедеятельно сти клеток.
При охлаждении и хранении таких продуктов нужно макси мально снизить интенсивность биохимических, микробиологичес ких и физико-химических процессов, поддерживая жизнеспособ ность 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 изуче ния ее свойств, продолжительности хранения, вида упаковки и др. Дополнительные методы консервирования (озонирование, пи щевые покрытия, МТС, РГС и др.) позволяют существенно про бить 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 сохра нения качества ягод, плодов и овощей. Однако ее преимущества используются не полностью, причем это относится в первую оче редь к начальному этапу — предварительному охлаждению, обеспечивающему благодаря быстрому понижению температуры со кращение 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 техноло гических операциях (транспортировании, краткосрочном или дли тельном хранении). При немедленной реализации продукции (поле — прилавок) необходимость в холодильной обработке от падает.
Эффективность предварительного охлаждения связана с поло жительным 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 по зволяет снизить интенсивность дыхания плодов и овощей и связан ных с ним биохимических процессов, предотвратить значительные потери массы и развитие фитопатогенных микроорганизмов. Пока зано, что «один день» жизни растительных клеток плодов при тем пературе 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 сохра нение пищевой и биологической ценности продукта, его вкусо вых качеств, товарного вида и в конечном итоге повышает рента бельность транспортировки, последующего хранения и реализа ции продукции.
Быстроохлажденные плоды и овощи дольше сохраняют устой чивость к возбудителям болезней, развитие же самих возбудите лей (бактерий, плесневых грибов, дрожжей) при быстром охлаж дении 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 не скольких недель до нескольких месяцев.
Преимуществом предварительного охлаждения является и то, что при загрузке в камеры хранения охлажденной плодоовощной продукции возможны единовременное заполнение всего их объе ма и создание наиболее оптимального и стабильного температурного режима уже на начальных этапах хранения. Это обеспечива ется 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 сохраня ется в течение всего периода загрузки (10 сут и более) и продол жается в течение 3 сут после нее. Продолжительное нахождение продукции при температуре выше оптимальной отрицательно сказывается на ее качестве, а дозагрузка неохлажденных партий на рушает созданный температурный режим, может вызвать появле ние конденсата на поверхности ранее загруженной и уже охлаж денной продукции, увеличивает ее порчу и потери массы.
При транспортировке предварительно охлажденной продукции создается стабильный температурно-влажностный режим, обес печивающий сокращение потерь от порчи на 3 — 12 % и увеличе ние выхода стандартной продукции по прибытии в места назначения на 10 — 25 %. В развитых странах предварительному охлажде нию подвергают более 50 % плодоовощной продукции.
Существуют различные способы предварительного охлаждения: в потоке воздуха; в потоке воздуха, обусловленном разностью дав лений; жидкостное (гидроохлаждение) ледяной водой орошени ем или погружением; снегование; вакуумное в специальных ваку умных охладителях; комбинированное. По скорости наиболее эф фективно вакуумное охлаждение, затем гидроохлаждение, снего вание и воздушное охлаждение. Однако наибольшее распространение получил воздушный способ в разных модификациях. Воздушный способ охлаждения может применяться:
в обычных камерах холодильного хранения при средней скоро сти движения воздуха 1 —1,5 м/с и умеренной кратности цирку ляции 30 — 40 объемов/ч;
тоннельных камерах предварительного охлаждения или камерах другого типа при сравнительно больших скоростях дви жения воздуха (3 — 4 м/с) и повышенной кратности его цирку ляции (60— 100 объемов/ч);
специальных аппаратах интенсивного охлаждения воздухом при повышенных скоростях движения (до 5 м/с) и значительной крат ности его циркуляции (до 150 объемов/ч).
Эффективность предварительного охлаждения продуктов в зна чительной степени определяется его способом и режимом. Оби лие видов и сортов плодоовощной продукции, специфические Условия ее выращивания определяют разнообразие режимов пред варительного охлаждения.
Важную роль в установлении режима предварительного охлаж дения играет неодинаковое у плодов и ягод замедление послеубо рочного созревания и старения. Замедление созревания наблюда йся в большей степени у плодов, чем у ягод. При значительном снижении интенсивности дыхания в предварительно охлажден ных 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 органичес ких кислот.
Установлено, что для ягод с низкой устойчивостью к возбуди телям 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 предваритель ного охлаждения сильнее сказывается на товарном качестве пло дов технической зрелости, чем потребительской. Интенсивность дыхания некоторых плодов в стадии технической зрелости после охлаждения уменьшается в 4 —5 раз. Во время кратковременного хранения и транспортирования практически не изменяется со держание органических кислот, пигментов, сохраняется высокая плотность ткани.
Режим охлаждения характеризуется конечной температурой продукта, продолжительностью периода охлаждения при регла ментируемом температурно-влажностном режиме, скоростью по тока 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, пло дов 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 сокраще нии 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 одинако вой продолжительности предварительного охлаждения ягод (3 ч) увеличение периода доохлаждения с 2 до 15 ч обеспечивает при рост 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 предвари тельного охлаждения возникает несбалансированность реакций, которые катализируют ферменты, имеющие различный темпера турный оптимум. Результатом такой несбалансированности явля ется накопление ряда промежуточных соединений, по-разному вовлекаемых в обмен веществ, и вследствие этого его общее нару шение. Одним из таких нарушений является снижение энергети ческой эффективности дыхания, которое меньше проявляется в медленно доохлаждаемых после быстрого предварительного ох лаждения ягодах и плодах. Наиболее стремительно все эти процес сы протекают в косточковых плодах и ягодах.
Предварительное охлаждение косточковых плодов и ягод реко мендуется проводить быстро. Поскольку для косточковых плодов и ягод характерны интенсивное дыхание, короткие сроки после уборочных процессов перезревания, ослабленная устойчивость к возбудителям заболеваний, они уязвимы для микробиологичес кой порчи. Кроме того, велики потери от усушки и перезревания при повышенных температурах хранения. Для сокращения потерь косточковые плоды и ягоды рекомендуется перед транспортирова нием охлаждать до следующих температур: вишню, черешню, аб рикосы — 3°С; персики, землянику — 4°С; сливы — 7 0С. В резуль тате 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 сморо дины — 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 зави симости от вида доводят до +1... -1 0С. Путем интенсификации можно сократить время воздушного охлаждения до 16 — 80 мин, а приме няя 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 гидро орошения в воду, как правило, добавляют антисептические ве щества (беномил, сантоквин и др.) во избежание микробиологи ческого обсеменения всей продукции.
Для семечковых плодов, винограда, цитрусовых и некоторых Других плодов, у которых интенсивность дыхания ниже, а устой чивость 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 охлаждают до 0 — 5°С, а незре лые — 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 хра нения. 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 количе ство теплоты. Продолжительность охлаждения в зависимости от применяемого способа составляет от нескольких минут до несколь ких часов или суток.
Воздушное охлаждение плодов и овощей проводят перед крат косрочным или длительным хранением в специализированных хо лодильных камерах или туннелях до температуры 2 — 15 0С в соответ ствии 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 тече ние 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 зави сят от их зрелости и назначения. Так, незрелые томаты рекомен дуется охлаждать медленно — в течение 96 ч до температуры 8 0С, а при последующем хранении периодически (два-три раза) повы шать температуру до 20 °С (каждый раз в течение 3 сут), что обес печивает 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 Меж дународным институтом холода разработаны общие рекоменда ции по температурным режимам загружаемой в холодильный транспорт овощной продукции. Так, огурцы перед перевозкой охлаждают до 10 — 15°С, перец — 7 — 10, дыни — 4 — 10, капус ту— 0 — 8, зелень — 0 —10°С.
Влажность воздуха поддерживают на уровне 85 —90 %, что по зволяет снизить потери массы и обеспечить длительное хранение овощей.
Установлено, что повышение влажности до 98—100 % в пери од охлаждения и хранения положительно сказывается на сохра няемости моркови, репы, брюквы, свеклы, сельдерея, цветной и брюссельской капусты и др. При этом уменьшаются потери мас сы, 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 ово щей, позволяет существенно удлинить период их хранения. Высо кая относительная влажность в сочетании с модифицированной газовой средой позволяет на 30 — 40 % увеличить выход стандарт ной продукции.
Поддержание высокой относительной влажности особенно важ но 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 охлажде ния (3 — 30 мин) для некоторых овощей (морковь, капуста и др.) применяют гидроохлаждение до температуры 0 — 5°С. Продолжи тельность 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.
Для предупреждения развития фитопатогенных микроорганиз мов в условиях повышенного увлажнения в воду добавляют анти септики.
Более эффективен и широко применяем для охлаждения ово щей, имеющих большую поверхность испарения, вакуум-испари тельный метод. Суть его в том, что в условиях разрежения (для овощей 798 — 930 Па) происходят вскипание и испарение влаги с поверхности (частично из клеток) овощей и за счет выделения скрытой теплоты испарения продукт быстро охлаждается (по все му объему партии за несколько минут). Преимущество метода — пригоден и для затаренной продукции в транспортную упаковку, недостаток — потери массы продукта составляют 1,5 — 2,5 %, что ограничивает ассортимент продуктов, подвергаемых вакуум-ис парительному охлаждению. Метод малопригоден для таких ово щей, как томаты, огурцы, зеленый перец, морковь.
Для сокращения потерь массы продукта может применяться гидровакуумное охлаждение путем распыления влаги.
Использование вакуумной обработки ограничивается тем, что удаляются не только пары воды, но и газы, что существенно ска зывается на протекании биохимических и физиологических про цессов в тканях. При этом мягкое вакуумирование способствует торможению созревания, так как оно связано лишь с улучшением газообмена.
Резкое многократное вакуумирование, напротив, приводит к Ускорению биохимических процессов. В этом случае главным дей ствующим фактором является резкое повышение давления (сброс вакуума) — переход от более низкого давления к высокому, что вызывает микротравмирование тканей, а это, в свою очередь, стимулирует раневые реакции, следствием которых является ускорение созревания.
При комбинированном охлаждении продукты могут сначала подвергаться вакуумному охлаждению до температуры 10—15°С,« а затем доохлаждаться воздухом в холодильной камере хранения. Это позволяет быстро снять тепловую нагрузку в начальный пе-риод охлаждения.
Вакуумное охлаждение широко используют за рубежом для охлаждения грибов, листовой зелени, салата и т.д. в промышлен ных масштабах.
13.2. Охлаждение продуктов животного происхождения
Поскольку из всех потребляемых продуктов животного проис хождения наиболее важным и ценным является мясо, рассмот рим происходящие в нем процессы более подробно.
В послеубойный период в мясе происходят автолитические из менения, обусловленные действием тканевых ферментов. Сразу после убоя преобладающим становится процесс созревания, ко торый протекает под влиянием содержащихся в мясе биологичес ки активных соединений.
Физико-химические изменения мяса в процессе созревания. Про цесс созревания состоит из двух фаз (стадий): в первой — посмерт ное окоченение — преобладают процессы окоченения мышц; во второй происходят размягчение мышечной ткани и накопление продуктов, формирующих потребительские свойства мяса. На этой стадии мышечные белки подвергаются различной степени дена турации и протеолиза. Продолжительность каждой стадии зависит от условий холодильной обработки и хранения продуктов живот ного происхождения.
Рассмотрим первую стадию. Мясо, полученное сразу после убоя животного (парное), в течение первых 3 ч обладает высокой влагопоглотительной и влагоудерживающей способностью, которая и обусловливает его нежную консистенцию после тепловой обра ботки. В парном мясе содержится значительное количество глико гена, аденозинтрифосфорной (АТФ), креатинфосфорной (КФ) кислот. Белки миозин и актин не связаны друг с другом, развариваемость коллагена соединительной ткани очень высокая (около 23 % его содержания), количество связанной влаги 80 —90 % обще го содержания воды в мясе. Мышечные волокна в первые 2 —Зч после убоя набухшие.
Через 4 —6 ч после убоя наступает посмертное окоченение, которое начинается с мышц конечностей и сердца, выполняю щих при жизни животного наиболее напряженную работу. Окоченение протекает неодинаково и зависит от температуры, возраста и упитанности животного. В период посмертного окоченения зна чительно изменяются физико-химические свойства мяса. Жест кость, а соответственно и сопротивление разрезающему усилию возрастают в два раза. Наблюдается уменьшение количества свя занной воды, а также способности к гидратации. Такое мясо наи менее пригодно для кулинарной обработки, поскольку имеет не удовлетворительные аромат и вкус и малоустранимую при тепло вой обработке жесткость.
Посмертное окоченение имеет общебиологическую природу и единую для всех животных направленность процессов: распад гли когена, КФ и АТФ; ассоциация актина и миозина в актомиозиновый комплекс; изменение гидратации мышц.
Вследствие прекращения доступа кислорода в клетки затуха ет аэробная фаза энергетического обмена, в которой происхо дит ресинтез мышечного гликогена, и остается лишь анаэроб ная фаза— распад гликогена (гликолиз), который происходит путем фосфорилирования с участием АТФ. Из-за отсутствия кислорода в тканях (естественного акцептора протонов и элек тронов в условиях аэробного расщепления углеводов) акцепто ром протонов и электронов в анаэробных условиях становится пировиноградная кислота, которая восстанавливается при этом до молочной.
Анаэробные процессы распада гликогена, накопления молоч ной кислоты и снижения величины рН заканчиваются в мясе в основном через 24 ч хранения при 4°С; рН мышечной ткани при этом уменьшается с 7,0 до 5,8 — 5,6. Это оказывает тормозящее действие на развитие гнилостных микроорганизмов.
Содержание молочной кислоты и величина рН — важные по казатели качества мяса. От них зависят стойкость его при хране нии и ряд физико-химических показателей, определяющих тех нологические и потребительские свойства (влагоемкость, коли чество влаги, выделяющейся при тепловой обработке, и мясного сока при размораживании). По мере снижения величины рН со здаются более благоприятные условия для действия мышечных катепсинов, что имеет большое значение для последующего со зревания мяса.
В мышцах здоровых, упитанных, отдохнувших животных со держится до 0,8 % гликогена, а в мышцах утомленных и истощен ных его меньше, молочная кислота накапливается слабо и рН не превышает 6,2 — 6,5.
Распад гликогена, протекающий после убоя животного, ни когда не доходит до конца, и независимо от конечной величины рН (а она не может быть ниже 5,5) и продолжительности после-убойного хранения в мясе сохраняется некоторое его количество. При этом кроме фосфорилирования происходит амилолитический распад гликогена в мышечной ткани, которому подвергается около 10 % его общего количества. На первых стадиях автолиза отмечено лишь незначительное образование мальтозы, глюкозы и других продуктов амилолитического распада гликогена. На более глубоких стадиях окоченения (после 24 ч) распад гликогена идет именно по этому пути.
В организме животного КФ и АТФ наряду с гликогеном явля ются своеобразными аккумуляторами энергии, которая исполь зуется в процессах мышечного сокращения. Наиболее богаты КФ интенсивно работающие скелетные мышцы. Сразу после убоя происходят быстрый распад КФ и адекватный ему ресинтез АТФ, уро вень которого сохраняется до быстрой фазы окоченения. Распад АТФ протекает медленнее, чем КФ. Одновременно происходит ре синтез АТФ в связи с распадом гликогена. До тех пор пока имеет ся запас гликогена, не может произойти полный распад АТФ, поэтому мышечная ткань не переходит в состояние окоченения. Когда содержание АТФ достигает критической концентрации, на ступает фаза окоченения. Через 12 ч после убоя распадается до 90 % первоначального содержания АТФ.
Непосредственно после убоя миозин связан в комплекс с иона ми калия, магния, кальция, а также с гликогеном и АТФ. Диссо циация комплекса, вероятнее всего, происходит в результате на копления молочной кислоты и снижения рН. Калий, магний и кальций освобождаются из комплексных соединений. Свободный ион кальция вызывает сближение миозина с Ф-актином, проис ходят образование актомиозина и активирование миозиновой АТФ-азы. При этом АТФ теряет неорганический фосфат, а освобожда ющаяся энергия макроэргическои связи используется на переме щение актиновых протофибрилл относительно миозиновых. Миофибриллы начинают укорачиваться, что является результатом втя гивания нитей актина между нитями миозина. Образуется комп лекс актомиозина, и происходит дальнейшее сокращение миофибрилл: внешне это выражается в посмертном окоченении мы шечной ткани. Процесс образования актомиозина в результате взаимодействия актина с миозином сопровождается снижением числа свободных гидрофильных центров в их молекулах в резуль тате взаимной блокировки активных групп белков. Уровень гидра тации последних резко снижается.
После убоя мышечная ткань находится в состоянии очень вы сокой гидратации. В течение одних суток хранения наблюдается сильное падение способности мышечной ткани прочно удержи вать воду. Минимум гидратации и максимум жесткости мяса со впадают по времени.
По мере перехода мышц в стадию окоченения растворимость белков резко уменьшается и достигает минимума на стадии мак симального окоченения. Растворимость белков снижается при приближении значения рН к изоэлектрической точке мышечных белков. Кроме того, вследствие распада АТФ в процессе окоченения белки находятся в состоянии плотной сетчатой структуры, и их экстрагирование снижается. Уменьшение растворимости белков может быть обусловлено и буферным связыванием воды в резуль тате конформационных изменений актина при переходе его из глобулярной формы в фибриллярную. Происходящая при этих превращениях полимеризация актина уменьшает его удельную поверхность и, следовательно, количество гидрофильных групп, способных взаимодействовать с водой. В результате снижения влагоудерживающей способности мышечной ткани уменьшается вы ход мяса и изделий из него при тепловой обработке.
Таким образом, в посмертном окоченении мышц решающая роль принадлежит сократительным белкам мышечной ткани, об разующим прочные белковые комплексы, которые придают мясу повышенную жесткость, плотность, снижают его водоудерживающую способность.
С понижением температуры хранения задерживаются наступ ление и окончание первой фазы созревания мяса в связи с замед лением скорости биохимических процессов, протекающих в мы шечной ткани. Так, если при 16 — 18 °С говядина находится в со стоянии окоченения сутки, то при 0 °С — двое суток. При медлен ном охлаждении мяса происходит более глубокий процесс окоче нения, чем при ускоренном, так как быстрее распадается глико ген и увеличивается содержание молочной кислоты.
В период развития окоченения не наблюдается существенного разрушения структурных элементов мышечного волокна. Лишь через сутки заметны изменения в строении ядер. Соединительная ткань между мышечными пучками немного отслаивается. Впос ледствии обнаруживаются признаки разрушения структуры сар коплазмы. Все это свидетельствует о начале созревания.
На второй стадии созревания мяса — размягчение мышечной ткани и накопление продуктов, формирующих потребительские свойства мяса, — происходит ряд изменений его свойств, обус ловленных углублением автолиза, в результате которых мясо при обретает хорошо выраженные аромат и вкус, становится мягким и сочным, более влагоемким и доступным действию пищевари тельных ферментов по сравнению с мясом в состоянии посмерт ного окоченения.
Вторая стадия созревания наступает через двое суток хранения мяса при низких положительных температурах, процесс этот свя зан с изменением состава и состояния основных компонентов мяса. В этом процессе исключительно велика роль ферментов, потому что от их активности зависят общее направление и скорость про текания процессов распада при хранении мяса. Под действием целой группы гидролитических ферментов — протеаз, гидролаз, липаз и др. — белки начинают подвергаться ферментативному гидролитическому расщеплению — протеолизу.
Характер изменений в мясе под действием ферментов можно проследить на примере гидролазы и липазы. В клетках различных тканей гидролазы находятся в специальных субмикроскопических образованиях (мешочках, окруженных тонкой мембраной), получивших название лизосом. При созревании мяса мембраны лизосом разрушаются и гидролазы получают свободный доступ ко всем химическим компонентам клеток — так начинается процесс ав толиза (растворение или разрушение) тканей. Сразу после убоя животного липиды мяса подвергаются воздействию мышечных липаз. Оптимум их действия лежит в слабощелочной среде (рН 7,3 — 7,5). Чем больше запасы гликогена в мышцах, тем интен сивнее его распад и значительнее понижение рН тканей. По мере распада гликогена активность мышечных липаз уменьшается.
В результате протеолиза миофибриллярных белков при созре вании мяса увеличивается количество N-концевых групп вслед ствие разрыва пептидных связей в белках фракции миозина, что приводит к уменьшению жесткости мяса.
Установлено, что улучшение консистенции мяса обусловлено не только разрушением поперечных связей актомиозинового комп лекса и ограниченным протеолизом миофибриллярных белков, но и дезинтеграцией z-пластинок саркомеров.
На второй стадии созревания растворимость белков вновь уве личивается, но не достигает значений растворимости белков парного мяса, что объясняется необратимостью начавшегося при созревании мяса процесса их денатурации. На растворимость белков мышечной ткани существенно влияет происходящее при созрева нии мяса перераспределение ионов Са, Mg, Zn.
Процесс гидратации белков имеет положительную корреляцию с нежностью мяса.
В тканях мяса уже после непродолжительного хранения увели чивается содержание свободных жирных кислот, а также ди- и мо-ноглицеридов — продуктов неполного гидролиза триглицеридов.
В течение некоторого времени в тканях может продолжаться окисление жирных кислот, в основном низкомолекулярных. Про цессы окисления (дегидрирования) в анаэробных условиях, ко торые создаются в тканях сразу после убоя животных, из-за недостатка акцепторов водорода активно не развиваются. Процесс ос танавливается на стадии образования гидрокси- и кетокислот, превращающихся под действием тканевых декарбоксилаз в кетоны, которые обладают неприятным специфическим запахом и могут вызвать порчу продукта. По мере понижения температуры фер ментативные процессы расщепления липидов замедляются.
В изменении потребительских достоинств мяса важную роль играют количество и состояние компонентов соединительной ткани. В процессе созревания степень превращений различных компонентов мяса неодинакова, поэтому при равных условиях нежность разных отрубов одного животного, а также одинаковых отрубов разных животных оказывается различной. Нежность мяса, содержащего значительное количество соединительной ткани, относи тельно невелика, и требуется более длительное его созревание. У молодых животных и птицы этот процесс протекает быстрее, чем у старых. Автолитические изменения в мясе больных и уста лых животных менее глубоки и выражены, чем в мясе здоровых и отдохнувших. С увеличением нежности мяса наблюдается улучше ние его вкусовых и ароматических свойств.
Сырое созревшее мясо имеет слегка кисловатый запах, аромат не ярко выражен. Приятные вкус и аромат оно приобретает после тепловой обработки, во время которой вещества, участвующие в формировании этих свойств мяса, подвергаются сложным пре вращениям — распаду с образованием новых соединений. Вкус и аромат вареного мяса и бульона улучшаются по мере накопления в сыром мясе свободных аминокислот, моносахаридов, продук тов распада нуклеотидов, летучих карбонильных соединений и др.
На второй стадии созревания мяса возрастает общее содержа ние свободных аминокислот и на вторые сутки хранения при 2°С превышает их количество в парном мясе, а при дальнейшем хра нении увеличивается еще больше.
В процессе созревания в мясе продолжается накопление моноса харидов: глюкозы, фруктозы, рибозы и др. Во время тепловой об работки происходят меланоидиновые реакции, в ходе которых свободные аминокислоты взаимодействуют с моносахаридами: образуются меланоидины, придающие вкус и аромат мясу.
При распаде нуклеотидов увеличивается содержание инозиновой кислоты, инозина, гипоксантина. Инозиновая, гуаниловая и глутаминовая кислоты, а также их натриевые соли придают супам и бульонам специфические вкус и аромат.
Непрерывно возрастает содержание карбонильных соединений и к концу срока созревания превышает их количество в парном мясе более чем в два раза. Летучие карбонильные соединения сами об ладают определенным запахом, а также могут участвовать в меланоидинообразовании.
Цвет мяса — один из важнейших показателей, определяющих его товарный вид. Он зависит от содержания и физико-химичес ких изменений миоглобина и гемоглобина — сложных белков, относящихся к группе хромопротеидов.
Хромопротеиды — это сложные белки, в состав небелковой части которых входят окрашенные соединения. К ним относятся некоторые ферменты (цитохромы, каталаза) и кислородсвязывающие белки (гемоглобин и миоглобин). Простетической группой этих белков является окрашенное в красный цвет железосодержащее соединение (гем), способное соединяться с различными газами, в том числе с кислородом.
Решающую роль в формировании цвета мяса играет миоглобин. Поскольку физическая нагрузка мышц (и, следовательно, снабжение их кислородом) различна, содержание миоглобина, а значит, и цвет мяса неодинаковы не только у разных видов животных, но и у разных мышц одного и того же животного. Количество его в мышцах зависит от возраста и активности жи вотных.
Связанный с кислородом миоглобин, содержащий двухвалент ное железо (оксимиоглобин), придает мясу яркий светло-крас ный цвет. Потребительская оценка такого мяса самая высокая. Окисленный и неспособный связываться с кислородом миогло бин, в состав которого входит метмиоглобин, обусловливает ко ричнево-бурый цвет мяса, а восстановленный, способный связы ваться с кислородом, содержащий трехвалентное железо, — тем но-красный. Соотношением производных миоглобина, одновре менно присутствующих в мясе, определяется цвет последнего.
Оценку цвета мяса проводят комплексно, органолептически и спектрофотометрически (по соотношению производных миогло бина). Цвет поверхности свежего мяса, которое хранится на воздухе, зависит преимущественно от соотношения окисленного миоглобина и метмиоглобина, а цвет внутренних слоев — от со держания миоглобина.
Образование оксимиоглобина в мясе связано со скоростью и с глубиной диффузии кислорода в мышечную ткань. На поверхнос ти свежего мяса, хранившегося на воздухе, на глубине 1—2 мм имеется светло-красный слой оксимиоглобина, под ним неболь шая зона метмиоглобина, еще глубже преобладает его темно-крас ный слой. Глубина расположения светло-красного слоя оксимио глобина зависит от температуры хранения продукта: при низких температурах кислород диффундирует в мясо более глубоко, чем при высоких. В поверхностном же слое присутствуют все формы миоглобина, но в различных соотношениях.
Благодаря изменению белковых веществ, а также усилению вкусовых и ароматических свойств при созревании мясо стано вится более доступным для действия пищеварительных фермен тов. Так, суточное мясо переваривается в желудке за 6,5 ч, а 10-суточное — за 4 ч. Таким образом, по комплексу показателей со зревшее мясо имеет более высокую пищевую ценность, чем мясо в состоянии окоченения.
Условия холодильной обработки и сроки созревания мяса. Уста новлены оптимальные сроки созревания, гарантирующие макси мальную нежность мяса и его наилучшие вкусовые и ароматичес кие свойства, но каждое из этих свойств достигает оптимума в разные сроки хранения.
Для мяса крупного рогатого скота могут быть рекомендованы следующие условия и сроки созревания, при которых оно приоб ретает необходимые потребительские свойства (нежность, вкус, аромат): при 0 °С — 12—14 сут, при 8 °С — 6 сут, при 16— 18 °С — 4 сут. Баранина и свинина созревают в более короткие сроки: при 0 °С — соответственно через 8 и 10 сут. Для мяса, направляемого на промышленную переработку, рекомендуется более сокращен ная выдержка при 0 °С, так как во время технологической обра ботки процесс созревания продолжается: для колбасного произ водства 1 — 2 сут, для консервного и полуфабрикатов 5 — 7 сут.
При несвоевременном охлаждении туш послеубойное выделе ние теплоты приводит к возникновению загара мяса — пороку, в результате которого мышечная ткань в глубинных слоях приобре тает сероватый оттенок и неприятный запах. Температура в толще мышц может достигать 40 °С и выше. При этом начинается денату рация термолабильных белков, происходят процессы распада от дельных полипептидов с выделением свободных, серосодержа щих аминокислот (цистина, цистеина, метионина). Мышечная ткань характеризуется слабой связью волокон и низким сопро тивлением на разрыв, тестообразной консистенцией. Такое мясо легко плесневеет и подвергается гнилостному разложению. Опасность появления загара особенно велика у мяса упитанных живот ных, в мышцах которых содержится больше гликогена. Для пре дупреждения загара туши и полутуши необходимо своевременно охлаждать и делать надрезы на их толстых частях, что улучшает газо- и теплообмен по всему объему продукта.
На качество мяса влияет также быстрота холодильной обра ботки в начальный период созревания. Если парное мясо с высо ким значением рН быстро охлаждать или замораживать до на ступления стадии окоченения, то при температуре мышц около 10 °С возникает так называемое «холодовое сжатие», или уплот нение, которое не полностью обратимо и приводит к повыше нию жесткости мяса. Холодовое сжатие имеет ту же природу, что и послеубойное окоченение, только развивается оно на фоне быстрого температурного перепада охлаждаемых мышц. Для быс трого охлаждения характерен высокий темп понижения темпе ратуры (до 4°С/ч и более), что и является решающим фактором развития холодового сжатия. Так как охлаждение мяса мелких животных и птицы происходит быстрее, чем крупного рогатого скота, то и опасность увеличения жесткости возрастает.
На эффект холодового сжатия влияют упитанность животного, состояние мышц и другие факторы. Так, свинина с толстым слоем Шпика из-за пониженного теплообмена охлаждается так медленно, что сжатия мышечной ткани под действием холода практически не происходит; если полутуши находятся в подвешенном состоянии и мышцы прикреплены к скелету, сжатие мышц уменьшается.
Холодовое сжатие можно рассматривать как результат повреж дающего действия, приводящего к нарушению структуры и функ ций биологических мембран, которые весьма чувствительны и энергетической недостаточности и физико-химическим воздей ствиям.
Установлено, что в мышцах быстро охлажденных после убоя животных до температуры ниже 15 °С кальциевый насос перестает нормально функционировать. В соответствии с концентрацион ным градиентом ионы кальция выходят из цистерн и трубочек саркоплазматического ретикулума, вызывая сокращение мышц. Су щественно, что концентрация АТФ в мышцах быстро охлажден ного мяса (вследствие замедления распада АТФ при понижении температуры) выше, чем в мышцах постепенно охлаждаемого, поэтому жесткость мяса при холодовом сжатии более высокая, чем при послеубойном.
Наиболее эффективны методы борьбы с Холодовым сжатием, связанные с принудительным уменьшением содержания АТФ в мышцах мяса до момента его быстрого охлаждения. Один из них — метод электростимуляции, позволяющий предотвратить холодовое сжатие мяса путем пропускания электрического тока через парные туши, полутуши и отрубы. Электростимуляцию проводят на любом этапе технологической обработки скота (после обеск ровливания, съема шкуры или распиловки туш на полутуши) им пульсным и переменным током (напряжение 240 — 250 В, частота 40 — 60 Гц, продолжительность 1—3 мин).
При пропускании тока сразу после убоя рН уменьшается с 7,0 — 7,3 до 5,7 через 2 ч. У туш, не подвергнутых электростиму ляции, это происходит только через 7 — 9 сут и более. При пони жении рН высвобождаются ферменты, вызывающие расщепле ние белков.
Электростимуляция повышает активность тканевых катепсинов, вызывает физическое растяжение и разрыв мышц, ускоряет биохимические изменения: в течение 2 мин в мышцах происходят такие биохимические изменения, которые в обычных условиях продолжаются 7 ч.
Применение электростимуляции эффективно для ускорения размягчения (тендеризации) охлажденного, замороженного и размороженного мяса. Подвергнутое электростимуляции мясо имеет нежную консистенцию, хорошие естественные окраску и вкус. Такая обработка рекомендуется для мяса, предназначенного для использования в парном виде в колбасном производстве или в охлажденном после 7 —8-суточного хранения для выработки на туральных полуфабрикатов.
Изменения в мясе при холодильной обработке. При холодиль ной обработке в продуктах происходят физические, биохимичес кие и микробиологические изменения.
Физические изменения характеризуются главным образом потерями массы продуктов, уплотнением поверхностного слоя (обра зование корочки подсыхания).
Изменения, происходящие при холодильной обработке про дуктов животного происхождения, тесно связаны с содержанием в них влаги (внутри клеток и между ними). С понижением темпе ратуры молекулы воды благодаря дипольному характеру (полигидроли) образуют комплексы. Вокруг ионов или гидрофильных коллоидных частиц создается гидратная оболочка, водосвязывающие силы внутри которой увеличиваются по направлению снару жи внутрь. Диполи воды, сгруппировавшиеся на молекуле-носи теле, тесно связаны с ней, и вода в таком состоянии называется связанной. Она имеет повышенную плотность и пониженную ра створяющую способность, которая является одной из причин со хранения качества продукта при холодильном хранении, так как неактивная гидратная оболочка препятствует обмену между про дуктами реакции. С понижением температуры количество связан ной воды увеличивается и тормозит химические и биохимические реакции.
Ввиду большого содержания влаги в мясе животных и птицы над поверхностью свежего мяса устанавливается высокая относи тельная влажность воздуха (98 — 99 %), которая всегда превышает среднюю влажность воздуха в камерах для холодильной обработки и хранения продуктов.
Относительная влажность воздуха в холодильной камере при температуре от -1 до 0 °С может составлять максимум 90 — 95 %. Из-за разницы в давлении пара поверхность охлаждаемого мяса быстро подсыхает, пока равновесная влажность над ней не при близится к относительной влажности воздуха в холодильной ка мере. Чем больше поверхность продукта по отношению к его объе му, тем быстрее он высыхает. С ростом скорости движения воздуха увеличиваются также потери от испарения. Концентрация раство ра в поверхностном слое возрастает, что приводит к необрати мым процессам (денатурация, усадка и образование корочки). Корочка подсыхания не только препятствует развитию микроор ганизмов на поверхности мяса, но и значительно снижает потери массы при хранении охлажденного мяса.
При прочих равных условиях наибольшими будут потери мас сы в продуктах со значительным количеством воды или без упа ковки. Кроме того, потери зависят от вида продукта, способа охлаж дения и изменяются от 0,4 до 2 % и более.
В результате частичного испарения влаги с поверхности рыбы При охлаждении в воздушной среде уменьшается ее масса, уве личиваются плотность тканей и вязкость тканевых соков в крови. Величина усушки зависит от свойств рыбы, охлаждающей среды, условий охлаждения, размера, плотности и жирности. Чем больше в рыбе воды, тем больше влаги из нее испаряется в про цессе охлаждения, поэтому у тощих рыб усушка больше, чем у жирных. Применение газо-, водонепроницаемых упаковочных материалов может практически полностью предохранить продук ты от усушки.
Биохимические изменения в продуктах связаны с активностью содержащихся в них ферментов. С момента прекращения жизни животных резко нарушается равновесие обменных процессов — на смену процессам синтеза приходят процессы распада, связан ные с необратимыми изменениями в составе этих продуктов.
Микробиологические изменения обусловлены тем, что в процес се охлаждения создаются условия, тормозящие развитие микро организмов, а уменьшение увлажненности поверхности продук тов значительно задерживает их рост и размножение. На мясе до и после охлаждения преобладают мезофильные формы микроорга низмов; психрофильных бактерий сравнительно немного; часть микроорганизмов в процессе охлаждения погибает или переходит в состояние анабиоза. Быстрое охлаждение продуктов тормозит развитие микроорганизмов.
13.3. Промышленные способы охлаждения продуктов животного происхождения
Сущность охлаждения продуктов животного происхождения со стоит в понижении их температуры посредством теплообмена с охлаждающей средой, но без льдообразования.
Охлаждение обеспечивает сохранение высоких потребительских свойств продуктов (аромата, вкуса, консистенции, цвета) при наименьших изменениях в них. Поэтому если планируемый срок хранения небольшой, продукты выпускают в охлажденном виде. Однако охлажденные продукты длительному хранению не подле жат, так как при близкриоскопических температурах многие виды вредных микроорганизмов активно развиваются и продукт может быстро испортиться.
В настоящее время на основе комбинированных методов кон сервирования удается значительно повысить сроки хранения ско ропортящихся пищевых продуктов в охлажденном состоянии.
При охлаждении имеют место процессы тепло- и массообмена между продуктом и охлаждающей средой, что вызывает испаре ние влаги с поверхности продукта (усушку) и переход теплоты от продукта в охлаждающую среду.
В промышленности наиболее распространены способы охлаж дения, которые осуществляются передачей теплоты от продукта конвекцией, радиацией и вследствие теплообмена при фазовом превращении.
В соответствии со способом теплообмена для охлаждения ис пользуют следующие охладительные системы:
типа воздушных кондиционеров (конвективный способ);
применяющие сжиженные газы (конвективный способ);
охлаждающие некипящими жидкостями (кондуктивный способ);
охлаждающие некипящими жидкостями, движущимися относительно объекта (смешанный способ);
вакуумные, действующие до уровня давления 665 Па (испарительно-конденсационный способ).
Современные направления совершенствования холодильной обработки основаны на доведении температуры продуктов до уров ня, неблагоприятного для развития микрофлоры и обеспечиваю щего их сохранность и уменьшение потери массы.
Конкретные режимы охлаждения для каждой группы продук тов определяют с учетом криоскопической температуры и в соот ветствии с особенностями их состава, свойств, микроструктуры, биохимических процессов, а также целевого назначения и эконо мичности.
Сравнительно новые методы охлаждения следующие:
воздушное при повышенном давлении;
гидроаэрозольное;
вакуумное;
с использованием электрофизических способов;
снегообразным диоксидом углерода;
глубокое в среде инертных газов.
Наиболее распространенным методом охлаждения мяса явля ется воздушный.
Охлаждение говядины и свинины. Воздушному охлаждению туши или полутуши подвергают в камерах и туннелях, специально обо рудованных подвесными путями и системой регулирования режи ма холодильной обработки.
В камере охлаждения говяжьи и свиные полутуши подвешива ют на крючьях подвесных путей, а бараньи — на рамах. Расстояние между тушами не менее 5 см. В камеру охлаждения загружают мясо одного вида, одной категории упитанности и по возможности одинаковой массы, благодаря чему вся партия одновременно ох лаждается до конечной температуры. Средняя нагрузка на 1 м под весного пути составляет около 250 кг мяса. В процессе охлаждения относительная влажность воздуха самоустанавливается на уровне 85 — 92 % за счет испарения влаги из продукта.
Охлаждение мяса в воздухе проводят одно-, двух- и трехстадийным, а также программным способами. Одностадийное охлаж дение проводят при температуре 0 °С и скорости движения воздуха 0,5 — 2 м/с до температуры в толще мышц бедра на глубине не менее 6 см от поверхности до 4 °С. Температура и скорость возду ха — основные параметры, влияющие на коэффициент теплоотдачи от поверхности продукта к охлаждающей среде и, следовательно, на продолжительность охлаждения. Для говяжьих полутуш температура воздуха может быть понижена до -2 °С, а для сви ных — до -5 °С. Продолжительность охлаждения при этом состав ляет 14 — 24 ч.
Наметившаяся тенденция снижения температуры охлаждающего воздуха ниже криоскопической и повышения скорости его дви жения до 2 м/с объясняется желанием интенсифицировать про цесс охлаждения. При этом дополнительные энергозатраты по сравнению с традиционным способом вполне оправданны, посколь ку уменьшается продолжительность процесса на 30 — 40%, в та ких же пределах снижается усушка, повышается качество мяса и мясных продуктов и увеличивается оборачиваемость камер охлаж дения.
При дальнейшем снижении температуры охлаждающей среды возможно подмораживание мяса, поэтому используют двух- и трехстадийное охлаждение с применением переменных парамет ров воздушной среды. Стадийное охлаждение полутуш может осу ществляться в одной или разных камерах. Так, свиные полутуши на первой стадии охлаждают при температуре -10...-12 °С в тече ние 1,5 ч, на второй — при -5 ...-7 °С в течение 2 ч и при доохлаждении (для равномерного распределения температуры по толщи не полутуш) — около 0 °С в течение 6 — 8 ч. На первой и второй стадиях скорость движения воздуха 1 — 2 м/с, а при доохлаждении — 0,5 м/с при его относительной влажности 95 — 98 %.
При программном охлаждении мясо вначале охлаждают при тем пературе -4...-5 °С и скорости движения воздуха 4 — 5 м/с, а затем при температуре 0 °С и переменной скорости движения воздуха, изменяющейся по заданной программе от начальной до 0,5 м/с.
Интенсифицированный способ охлаждения говядины предус матривает использование на первой стадии воздуха температурой до -25 °С, движущегося со скоростью 5 — 10 м/с. По достижении на поверхности полутуш криоскопической температуры начинается вторая стадия охлаждения, в течение которой температура воздуха поддерживается на уровне криоскопической, а скорость его не превышает 0,5 м/с. При фронтальном способе охлаждения полутуш, когда они движутся на конвейере навстречу потоку ох лажденного воздуха, холодильная обработка ведется с изменяю щимся в течение процесса коэффициентом теплоотдачи. Это по зволяет уменьшить продолжительность холодильной обработки на 10 % по сравнению с процессом, проведенным при постоянном значении коэффициента теплоотдачи, усушка при этом снижает ся еще на 30 —40 %. Скорость воздуха в камерах изменяют подбо ром определенных сечений воздухораспределителей. Полутуши перемещаются конвейерным способом по камере, размеры которой рассчитывают исходя из того, что за время продвижения в камере предварительного охлаждения температура поверхности полутуш не должна быть ниже криоскопической, а в камере доохлаждения должна достигать заданного конечного значения. Избежать холодового сокращения мышц (температурного шока) можно посред ством электростимуляции или путем выдержки мяса в период предварительного охлаждения при температуре воздуха 10— 12 °С в течение 12—15 ч.
Гидроаэрозольное охлаждение изначально применяли только для обработки фруктов, овощей, цветов, зелени. В настоящее время таким образом охлаждают колбасы, мясо в тушах, полутушах и четвертинах.
Гидроаэрозольное охлаждение представляет собой охлаждение мяса в интенсивно циркулирующей и насыщенной до 100 %-ной относительной влажности воздушной среде. Для предотвращения порчи мяса в воду могут быть добавлены бактерицидные вещества. Процесс интенсифицируется за счет испарительного охлаждения с поверхности полутуш и по расходу энергии вдвое экономичнее традиционного воздушного охлаждения. Модификацией этого способа является применяемый за рубежом способ охлаждения мяса и мясных продуктов в капельно-жидкой среде пропиленгликоля. При этом продукты охлаждаются раствором пропиленгликоля тем пературой -8... -15 °С до достижения требуемой температуры в тол ще продукта; эффективность процесса в два-три раза выше, чем при воздушном охлаждении.
В технологии охлаждения и замораживания может использо ваться способ гидрофлюидизации с применением «айссларри» (жидкий или текучий лед), который позволяет получить высокий коэффициент теплоотдачи и существенно увеличить скорость за мораживания.
Для сокращения усушки при охлаждении мяса с последующим замораживанием разработан способ комплексной термовлажностной обработки после убоя. Для этого полутуши сначала охлаждают в камере перенасыщенным влагой воздухом при температуре -1°С, а затем быстро (за 5 —10 мин) обдувают сухим горячим воздухом (температура 50 —70 °С, влажность 5—10 %). В холодном отсеке камеры благодаря интенсификации теплоотдачи от про дукта к перенасыщенному воздуху время охлаждения сокращает ся до 9 ч, а усушка — до 0,5 — 0,6 %.
Вакуумное охлаждение ранее применяли только для обработки растительного сырья, а сейчас в ряде стран используют при ох лаждении туш крупного и мелкого рогатого скота, свиней, кус кового мяса. Так, свиные полутуши, имеющие температуру 37 °С, разделывают, производят обвалку и жиловку мяса в помещении при температуре 8 °С. Отрубы поступают на вакуумупаковочную линию, где подвергаются вакуумному охлаждению при температуре 0...-2 °С. В зависимости от размеров отрубов через 4 —9 ч температура в толще продукта снижается до 7 °С, а через 14 ч — до 2 0С. При таком способе охлаждения значительно улучшается са нитарное состояние мяса, увеличивается до 15 сут срок его хране ния, снижается усушка.
Разрабатывается технология охлаждения с использованием элек трофизических способов, к которым относятся способ охлаждения при помощи электрически заряженных капель жидкости, обра ботки мясопродуктов ионизирующими газами, электроконвектив ное охлаждение и др.
Принцип охлаждения при помощи электрически заряженных капель жидкости заключается в том, что к поверхности мяса, пред назначенного для охлаждения, подводится электрод, на который подается высокое напряжение с положительным зарядом. Охлаж дающая жидкость поступает по трубопроводу, заряженному отри цательно. Охлаждение происходит при контакте электрически за ряженных капель жидкости с поверхностью продукта.
Охлаждение при помощи ионизирующих газов позволяет уве личить срок хранения полуфабрикатов в 1,3—1,5 раза при вы соком их качестве, сокращении энергозатрат и уменьшении усушки.
В условиях электроконвективного охлаждения значительно воз растает плотность теплового потока от охлаждаемого продукта (для разных видов мяса — в 1,1 — 1,8 раза). С увеличением напряжения электрического поля максимум теплоотвода смещается на более раннюю стадию процесса и по времени сокращается примерно в два раза, что очень существенно, так как наибольшие потери массы приходятся на первую половину процесса охлаждения. Потери массы из-за препятствия электрических сил испарению влаги сокращаются на 10 — 20 %.
Субпродукты, уложенные в противни, ящики, формы, распо лагают в камере охлаждения на многоярусных стационарных стел лажах либо на передвижных этажерках или рамах не позже чем через 5 ч после убоя скота. Их укладывают слоем не более 10 см; почки, сердце, мозги и языки — в один ряд; рубцы охлаждают в подвешенном состоянии на крючьях. Продолжительность охлаж дения субпродуктов при температуре 0 °С и относительной влаж ности воздуха 85 — 90 % около 24 ч. Для ускорения процесса используют скороморозильные аппараты (-2...-4 °С), а также не прямой контакт с жидкой охлаждающей средой.
Для субпродуктов и мясных полуфабрикатов, уложенных в картонные коробки, эффективным является охлаждение снегообраз ным диоксидом углерода. Охлаждение проводят в специальных туннелях, количество снегообразного диоксида углерода, подаваемого на продукт, регулируют с помощью реле времени. Для быстрого снижения температуры фарша из говядины свежих (парных) полутуш до 2 °С, что необходимо для заключительной стадии получения фарша, в мясо добавляют замороженные хлопья диокси да углерода в соотношении 1 : 10.
Для создания инертной среды и охлаждения колбасного фар ша из парного мяса в процессе куттерования применяют жидкий азот. Удельный расход жидкого азота зависит от качества и темпе ратуры обрабатываемого сырья и окружающей среды и составляет от 0,15 до 0,35 кг на 1 кг колбасного фарша. Охлаждение жидким азотом позволяет поддерживать в куттере необходимый темпера турный режим и соответственно оптимальную продолжительность процесса, исключив при этом отрицательное воздействие повы шения температуры на состав и качество фарша. Увеличение про должительности куттерования вареных колбас при охлаждении жидким азотом способствует значительному улучшению раство римости мясного белка и в результате повышению водо- и жиросвязывающей способности фарша, что позволяет в принципе от казаться от применения фосфатов.
Охлаждение мяса птицы. Тушки птицы охлаждают воздухом, водоледяной смесью, ледяной водой, диоксидом углерода и азо том. Применяют также комбинированное охлаждение (орошение тушек или погружение их в ледяную воду, а затем в воздушную среду).
Достаточно эффективен с точки зрения условий теплоотдачи, затрат труда, продолжительности и технологичности процесса метод погружного охлаждения тушек птицы в чистой ледяной воде или в водоледяной смеси.
Водоледяную смесь или ледяную воду получают путем добав ления к обычной водопроводной воде чешуйчатого льда либо про пускания ее через специальные испарители, в которых она ох лаждается до нужной температуры. В современных условиях этот эффект достигается барботированием через воду диоксида угле рода или азота с низкими температурами.
После охлаждения ледяной водой кожа на тушках становится светлой и чистой, исчезают пятна от ушибов и кровоизлияний. Тушки птицы поглощают некоторое количество воды, вследствие чего они округляются и приобретают лучший товарный вид.
Температура ледяной воды должна быть не выше 2 °С, а время охлаждения — 0,5—1 ч. Для уменьшения возможного обсемене ния микроорганизмами применяют антисептированную воду, а также гидроаэрозольный метод охлаждения: тушки в подвешенном состоянии орошаются ледяной водой из специальных форсу нок в течение 30 — 35 мин.
В санитарном отношении наиболее эффективно комбинирован ное охлаждение (орошение — погружение, орошение — погруже ние — воздушная обработка).
При методе орошение — погружение потрошеные тушки пред варительно охлаждают, непрерывно орошая водопроводной водой из центробежных форсунок в течение 10—15 мин в зависимо сти от вида птицы, затем погружают в воду температурой 0 — 2 °С на 25 — 35 мин до достижения температуры в толще грудной мыщцы 0 —4°С.
При воздушном доохлаждении происходит частичное удале ние приобретенной при орошении тушками воды и одновремен но их охлаждение в результате испарения.
При охлаждении в ледяной воде тушки поглощают от 3 до 8 % влаги, в среднем же (с учетом испарения) их масса увеличивает ся на 4 %.
Продолжительность охлаждения птицы интенсифицированным воздушным методом (температура 0...-2 °С, скорость движения воздуха 4 м/с) составляет от 3 до 6 ч в зависимости от массы и упитанности тушек. Воздушное охлаждение применяют только для тушек после сухой ощипки и тепловой обработки, в противном случае мясо обезвоживается и теряет товарный вид.
Очень эффективным для охлаждения тушек птицы является при менение снегообразного диоксида углерода, который вводят в их внут реннюю полость из расчета 0,07 кг на 1 кг массы. Этого достаточ но, чтобы очень быстро охладить тушку до среднеобъемной тем пературы 0 0С.
Охлаждение колбасных и мясных консервов. Вареные колбасы обычно охлаждают в две стадии: тонкораспыленной водой с исполь зованием испарительного эффекта охлаждения, затем интенсивно движущимся воздушным потоком, имеющим температуру 0 — 8 °С, скорость движения до 4 м/с. Продолжительность охлаждения во дой 5 — 30 мин, воздухом 1 — 10 ч. Однако для вареных колбас наиболее эффективен трехстадийный способ: орошение водой из форсунок грубого распыления, охлаждение в гидроаэрозольной среде, воздушное охлаждение. На второй стадии может быть предусмотрен непрерывный или цикличный режим распыла воды в зависимос ти от устройств, обеспечивающих ее подачу, и условий циркуля ции воздушного потока.
Сравнительно новым является способ охлаждения в пенном воз душно-жидкостном потоке. Колбасные изделия охлаждают в две стадии: на первой — за счет испарения воды при прохождении через нее воздуха, на второй — путем использования испаритель ного эффекта в сочетании с холодом, с последующим подсуши ванием батонов в течение 2 — 3 мин. Скорость движения воздуха 10—16 м/с. При начальной температуре продукта 70 ° С и темпера туре воды -2 °С батоны охлаждаются за 50 мин (в 1,5 раза быстра по сравнению с охлаждением колбас водой, распыляемой форсунками). Усушка составляет менее 0,3 %.
Для варено-копченых и полукопченых колбас целесообразно воздушное охлаждение при температуре 8 — 12 °С и скорости движения воздуха 1,5 — 2 м/с.
Пастеризованные мясные консервы охлаждают водой, а затем воздухом при температуре 0 — 2 °С и скорости охлаждающей среды до 3 м/с. Продолжительность охлаждения до конечной температу ры не превышает 24 ч.
Для охлаждения применяют туннели и аппараты конвейерного типа, в которых размещены этажерки с продуктом, картонные коробки, лотки, поддоны и т.д. Направление движения воздуш ных потоков в аппаратах зависит от размера и формы продуктов и способа размещения их на конвейере.
Охлаждение яиц. Яйца при поступлении в холодильник предва рительно охлаждают до температуры хранения в специальной ка мере. Начальная температура в камере должна быть на 2 — 3 °С ниже температуры яиц, затем ее постепенно понижают (на 1—2 °С в течение 1 — 2 ч); относительная влажность воздуха в период охлаж дения 75 —80 % при скорости его движения 0,3 — 0,5 м/с. Процесс охлаждения в зависимости от первоначальной температуры длит ся двое-трое сут. Яйца по достижении температуры 2 °С направля ют в камеры хранения.
Охлаждение рыбы. Рыбу охлаждают льдом, охлажденной прес ной и морской водой, холодным воздухом, криогенными жидко стями (жидкий азот), комбинированными методами (ледяная вода и лед, лед и жидкий азот и др.).
Охлаждение и замораживание относятся к важнейшим техно логическим процессам в рыбной промышленности. Рыбу и море продукты, обработанные холодом, широко используют в каче стве полуфабрикатов в производстве различных видов рыбной продукции, а также в охлажденном или замороженном состоянии реализуют в розничной торговой сети. Согласно данным ФАО, на долю охлажденной и мороженой продукции приходится более 80 % всей вырабатываемой рыбной пищевой продукции.
Для охлаждения рыбы льдом используют различные его виды — чешуйчатый, трубчатый, плиточный и др. Наиболее распростра ненный способ — охлаждение в таре (ящиках, контейнерах, кор зинах, мешках и др.). Для этого рассортированную по размеру рыбу тщательно промывают чистой водой, дают ей стечь, после чего укладывают в тару со льдом в неразделанном или разделанном виде. При этом на дно тары помещают слой мелкодробленого льда толщиной 2 — 3 см, поверх него укладывают рыбу, затем опять слой льда. Крупную рыбу укладывают ровными рядами головами в разные стороны к стенкам тары, а мелкую насыпают равномерным слоем толщиной не более 10 см. Возможно и предварительное перемешивание рыбы со льдом с последующей укладкой рыболедяной смеси в тару; сверху насыпают дополнительный слой льда.
При хранении и транспортировке рыбы на судах с охлаждае мыми трюмами расход льда в ящиках составляет от 30 до 40 % массы рыбы. При охлаждении рыбы в бочках на дно насыпают не менее 20 %, а на верхний ряд рыбы — не менее 30 % всего количества льда.
Контейнеры дают возможность повысить качество рыбы, обеспечивают экономию льда, доставляемого на промысел, так как при перевозке в них лед тает на 75 % медленнее, чем в ящиках. Термоизолированные контейнеры при использовании льда при меняют только в районах с холодным климатом вследствие замед ленного теплообмена.
В жарком климате термоизолированные контейнеры не обес печивают длительное сохранение рыбы, так как из-за медленного снижения температуры начинается интенсивное развитие микро флоры.
Охлаждение рыбы льдом имеет ряд недостатков — нерацио нально используются производственные помещения, трюмы су дов, камеры холодильников; затруднен количественный и каче ственный контроль и учет рыбы, в некоторых случаях не обеспечивается быстрое понижение температуры улова и т.д.
Охлаждение рыбы охлажденной морской или пресной водой имеет ряд преимуществ, к основным из которых относятся более быст рое снижение температуры рыбы, экономичность процесса при охлаждении, транспортных операциях и выгрузке в конечных пунк тах транспортирования. Наиболее существенные недостатки — набухание мяса промысловых объектов и его просаливание при использовании охлажденной морской воды. Отрицательное влия ние охлажденной воды уменьшается с понижением температуры, но оно достаточно выражено даже при близкриоскопических тем пературах. Вследствие этого продолжительность хранения улова в охлажденной воде ограничена несколькими сутками, иногда ча сами и зависит от технохимических особенностей объектов: про ницаемости их кожного покрова, консистенции мяса, размеров и др. Особенно быстро отрицательное влияние охлажденной воды проявляется при хранении мелкой пелагической рыбы, ракообразных и моллюсков. Более рационально охлаждение водой и хра нение во льду или в сухом холодном помещении.
Охлаждение рыбы в жидкой среде производится погружением или орошением. В качестве охлаждающей среды используют прес ную, морскую воду или 2%-ный раствор хлорида натрия в прес ной воде, осмотическое давление которого соизмеримо с давле нием тканевого сока рыбы.
На промысловых судах рыбу сразу после вылова погружают в специальных корзинах в бак с циркулирующей охлаждающей сре дой. Хорошие результаты дает добавление в холодную воду льда (соотношение рыбы, воды и льда соответственно 2 : 1 : 1). Охлаж дение может проводиться и орошением холодным рассолом на конвейере, где рыба по мере продвижения орошается через форсунки или другие устройства.
Достаточно эффективно также использование вместо водоледяной смеси льда-шуги (канадский метод). Лед-шугу получают путем медленного снижения температуры воды или раствора до начала формирования мелких кристаллов (0,05 — 0,07 мм). Обра зовавшаяся ледяная шуга может быть отфильтрована в виде сухо го льда от незамерзшей части или же вместе с последней (около 30 %) может быть перекачана насосом в контейнеры либо другую тару. Этот способ отличается высокими показателями качества и экономичностью по сравнению с другими.
Продолжительность охлаждения в холодной воде зависит от раз меров рыбы, температуры воды, скорости ее циркуляции, конст рукции охладителя и составляет от нескольких минут до 3 ч и более.
Для охлаждения морской воды используют жидкий азот, кото рый, кроме того, применяют вместе со льдом для охлаждения и хранения упакованной и неупакованной рыбы.
В первом случае жидкий азот впрыскивают в морскую воду для ее охлаждения до 0...-2 °С, после чего загружают рыбу. По мере отепления воды впрыскивание жидкого азота повторяют. При транспортировании грузовой объем может охлаждаться жидким азотом путем периодического впрыскивания его в кузов автореф рижератора. Еще более эффективным является применение жид кого азота в комбинации со льдом. В результате применения жид кого азота для охлаждения значительно увеличиваются последую щие сроки хранения рыбы (в два-три раза).
Охлаждение рыбы под вакуумом основано на частичном испаре нии воды с ее поверхности при понижении давления (не ниже 400 Па), что существенно сокращает продолжительность охлаж дения при незначительных потерях массы продукта.
Копченую рыбу, некоторые виды рыбных полуфабрикатов и продуктов кулинарии, для которых нежелателен контакт с водой или льдом, охлаждают в воздушной среде. Применение при этом диоксида углерода или жидкого азота интенсифицирует процесс и существенно улучшает качество продукта.
Охлаждение животных пищевых жиров. Жиры охлаждают перед упаковкой в тару для придания им плотной консистенции, одно родной структуры, а также торможения окислительных и гидро литических процессов. При упаковке в крупную тару жиры подвергают одностадийному охлаждению от 65 до 40 °С (говяжий и бараний) и 35 °С (свиной и костный). При упаковке в картонные контейнеры свиной жир охлаждают до 25 — 24 °С; при упаковке в мелкую тару на фасовочных автоматах (по 250, 500 г) жиры, предварительно охлажденные до 35 °С для большей пластичности, до полнительно охлаждают до 21 — 12 °С. При охлаждении перед упа ковкой в среде инертного газа в жирах замедляются химические и биохимические процессы, приводящие к их порче.
Охлаждение молока и молочных продуктов. При производстве, транспортировке, хранении и реализации молока и молочных продуктов требуется обязательное присутствие холода.
Для сохранения первоначальных свойств и продления бактерицидной фазы молоко фильтруют и охлаждают сразу же после доения до 10 — 2 0С. В специальных охладителях для охлаждения молока бесконтактным способом применяют холодную воду, рассол др. В этом случае охлаждение осуществляется быстро — в течение скольких минут. Если молоко с ферм после каждого доения сразу отправляют на завод, нецелесообразно проводить низкотемпературное охлаждение. В таких случаях температуру охлаждения выбирают в зависимости от промежутка времени, которое проходит с момента конца охлаждения молока на ферме до момента доставки его на завод. Если этот промежуток не превышает 6 ч, молоко охлаждают до 10 0С, 12 ч — до 8 °С, 24 ч — до 5 °С. На молочном заводе упакованные продукты охлаждают в воздушной среде при температуре 0 °С и скорости движения воздуха до 1 м/с.
ГЛАВА 14
ОСНОВНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ, ПРОИСХОДЯЩИЕ В ПРОДУКТАХ ПИТАНИЯ ПРИ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ОБРАБОТКЕ
14.1. Замораживание продуктов растительного происхождения
Консервирование плодоовощной продукции замораживанием позволяет сгладить сезонность в ее потреблении, насытить рацион жизненно необходимыми витаминами, минеральными элементами, сократить время приготовления пищи, значительно улуч ишь ее санитарно-гигиенические показатели. В качестве полуфабриката замороженные плоды, овощи и ягоды — прекрасное сырье для промышленного производства многих других продуктов (фруктовые и молочные кремы, йогурты, мороженое, кондитерские изделия и др.). Значительную долю концентратов фруктовых соков в мире в настоящее время получают методом замораживания (криоконцентрация).
Потребление быстрозамороженной продукции за рубежом со ставляет от 5 до 50 кг на душу населения, в СНГ — 0,5 кг.
Способы замораживания. Все способы замораживания подраз деляют по виду теплообмена на конвективные, кондуктивные, испарительно-конденсационные, смешанные.
Замораживание воздушным способом проводят в морозильных камерах и туннельных морозильных аппаратах. Последние отлича ются интенсивностью движения воздуха (4—12 м/с) и незначительной продолжительностью замораживания. В зависимости от вида продукта и типа холодильной установки продолжительность за мораживания плодов и овощей при температуре -25...-45 °С со ставляет от нескольких минут до нескольких часов.
Преимущество туннельных морозильных камер — универсаль ность: в них можно замораживать пищевые продукты разной формы, размера и в различной упаковке.
Основные критерии при выборе способа замораживания — бы строта и экономичность процесса. При этом количество теплоты, отводимой воздухом от продукта, прямо пропорционально пло щади контакта воздуха с продуктом, разности температур воздуха и продукта и коэффициенту теплопередачи от продукта воздуху.
Замораживание в «кипящем слое» (флюидизационный способ) происходит под действием подаваемого восходящего потока хо лодного воздуха, достаточного для поддержания продукта во взве шенном состоянии. Последнее достигается с помощью мощного потока воздуха, подаваемого вентиляторами через охлаждающую батарею, а затем через слой замораживаемого продукта, находя щегося, как правило, на сетчатой ленте конвейера. Проходя через отверстия ленты, воздух поднимает частицы продукта, отделяет их друг от друга и удерживает во взвешенном состоянии. В уста новках без сетчатой ленты замораживаемый продукт не только поддерживается потоком воздуха во взвешенном состоянии, но и направленным движением перемещается в установке.
Способ флюидизации применяют для замораживания неупа кованных мелких или нарезанных плодов и овощей диаметром до 40 мм длиной до 125 мм. Из продуктов, полученных этим спосо бом, можно готовить различные смеси. Кроме того, легче механизировать упаковку таких овощей и плодов, осуществлять их дози ровку и употреблять по мере надобности.
Флюидизационные аппараты имеют широкий диапазон про изводительности — от 0,5 до 15 т/сут, а теплообмен в них проте кает интенсивнее, чем в обычных воздушных аппаратах.
При контактном способе замораживания продукт зажимается между двумя металлическими плитами, в которых циркулирует жидкий или кипящий хладоноситель. Важное условие — равно мерность толщины загружаемых порций по всей поверхности плиты. В противном случае ухудшается контакт плиты с остальным про дуктом и увеличивается продолжительность замораживания. Кон тактные плиточные аппараты непригодны для замораживания продуктов неправильной формы. При температуре кипения хла дагента -35...-45 0С продолжительность замораживания продукта в упаковке 0,5 кг составляет 1—3 ч, а небольших порций при толщине 50 мм — до 1 ч.
В кипящих хладоносителях (жидкий воздух, азот, фреон, диоксид углерода) обеспечивается сверхбыстрое замораживание продуктов. В этом случае вся поверхность продукта участвует в тепло обмене, а очень низкие температуры (-40...-196 °С) обеспечивают замораживание за несколько минут.
Комбинированный способ замораживания с использованием низ котемпературной газовой среды, создаваемой в результате испа рения жидкого хладоносителя, позволяет избежать механических повреждений продуктов льдом.
Замораживание с использованием испарительно-конденсационно-го обмена применяют, как правило, в случаях, когда удаление влаги из продукта способствует проведению какого-либо после дующего процесса, например сублимационной сушки. На первом этапе под вакуумом вследствие бурного испарения воды из про дукта понижается его температура и образуются кристаллы водя ного льда, а затем уже под глубоким вакуумом осуществляется сублимация водного льда, тем самым обеспечивается обезвожи вание продукта.
Отбор сырья. Пригодность растительного сырья для заморажи вания, а также качество замороженной продукции определяются прежде всего генетическими особенностями сортов и видов, сте пенью созревания, условиями вегетации, сбора, транспортиров ки и предварительной обработки.
Для получения высококачественной продукции следует отби рать сырье соответствующей степени зрелости, пригодное для за мораживания.
Плоды, собранные в стадии полной зрелости, при разморажи вании часто размягчаются. Чтобы лучше сохранить форму плодов, быстрое замораживание следует проводить до наступления стадии биологической зрелости.
На качество продукции существенно влияет также время от сбора продукции до ее замораживания. При удлинении этого сро ка до нескольких дней ослабляется консистенция мякоти после ее размораживания.
На крупнейших зарубежных предприятиях по производству за мороженной плодоовощной продукции продолжительное хране ние сырья от момента сбора до начала переработки сокращена до 1,5 ч. Если невозможно переработать продукцию сразу после убор ки, свежие плоды и ягоды следует немедленно охладить и хранить до замораживания при температуре от 0 до 6 °С в зависимости от вида сырья от 5 ч до 7 сут.
Важный показатель пригодности растительного сырья для за мораживания — влагоудерживающая способность, которая определяется его видовыми свойствами, а также зависит от условий обработки, замораживания и хранения.
Вода в тканях удерживается посредством химических связей с протеинами, полисахаридами, пектиновыми соединениями. Отдельные сорта плодов и ягод в большей степени подходят для замораживания, так как их ткани обладают высокой влагоудерживающей способностью.
Влагоудерживающая способность плодов и ягод при заморажи вании снижается, так как кристаллы льда повреждают клеточные мембраны. При этом существенное значение имеет предваритель ная подготовка сырья к замораживанию.
Основные этапы подготовки растительного сырья к заморажи ванию — инспекция, сортировка, калибровка. В процессе этих опе раций удаляют посторонние примеси, перезревшие, недозревшие, больные, поврежденные при транспортировании плоды, ягоды, овощи. Для каждой замораживаемой партии отбирают продукцию одинакового размера, одной степени зрелости и окраски.
Отсортированное сырье моют проточной водой, причем такие ягоды, как земляника, малина и др., должны находиться в воде минимальное время. После мойки проводят повторные сортиров ку и калибровку, что обеспечивает однородность партий продукта. Подготовленное сырье подсушивают и замораживают без сахара, с сахаром и в сахарном сиропе. Замораживание с сахаром предох раняет плоды от окислительного действия кислорода воздуха, тор мозит ферментативные и микробиологические процессы, способствует лучшему сохранению вкуса и аромата. Кроме того, раство ры сахара обладают криопротекторными свойствами, что позво ляет уменьшить повреждающее действие кристаллов льда. Во из бежание растрескивания плоды, ягоды, виноград предварительно охлаждают до 0 — 1 0С, а затем быстро замораживают при -35 °С до заданной конечной температуры в центре продукта (-18...-25 °С).
Овощи при замораживании сортируют по качеству, иногда по размеру, моют, очищают, режут, как правило, бланшируют (кроме томатов, баклажанов, перца) в целях разрушения окислительных ферментов, вызывающих потемнение продукта, охлаждают и замораживают, иногда с применением 2%-ного раствора поварен ной соли.
Замораживают плоды, ягоды и овощи россыпью или в таре (картонной, полимерной, стеклянной, металлической). Плоды и овощи, замороженные россыпью, быстро фасуют в тару, преиму щественно в пакеты из полимерных материалов, которые затем герметизируют.
Изменение состава и свойств плодов и овощей при заморажива нии. Интенсивность и характер изменений продуктов при замора живании зависят от условий и параметров процесса, а также ка чественных характеристик плодов и овощей. Специфика состава и строения плодов и овощей, особенности и взаимосвязь протека ющих в них физико-химических и биохимических реакций оказы вают существенное влияние на сохранение их свойств.
При замораживании вода превращается в лед, что изменяет осмотические условия и резко сокращает скорость большинства биохимических процессов в плодах и овощах. Замораживание при водит к повышению концентрации растворенных веществ вслед ствие миграции влаги из микробной клетки во внешнюю среду на первой стадии и к внутриклеточной кристаллизации воды на пос ледующих стадиях, а также нарушению согласованности биохи мических реакций за счет различий в степени изменения их ско ростей.
Устойчивость микробной клетки к замораживанию зависит от вида и рода микроорганизмов, стадии их развития, скорости и температуры замораживания состава среды обитания. Наиболее вы сокая степень отмирания микроорганизмов наблюдается при тем пературе -4...-6 °С, а их рост и размножение полностью исключа ются при -10...-12 °С. В этих условиях плоды и овощи не подверга ются микробиологической порче, хотя полного уничтожения мик роорганизмов не происходит. В замороженных ягодах или фруктово-ягодных соках при температуре хранения выше -8 0С под дей ствием дрожжей происходит спиртовое брожение и накапливает ся спирт.
При определении условий и режимов замораживания стремятся максимально учитывать особенности свойств и строения плодов и овощей, чтобы достичь максимальной обратимости процесса.
Особенности состояния плодов и овощей при замораживании обусловливаются фазовым переходом воды в твердое состояние и повышением концентрации растворенных в жидкой фазе веществ. Процесс кристаллообразования приводит к изменению физичес ких характеристик плодов и овощей, сопровождающемуся изме нениями физико-химических, биохимических и морфологичес ких свойств.
Размер, форма и распределение кристаллов льда в структуре плодов и овощей зависят от их свойств и условий замораживания. Состояние мембран и клеточных оболочек, их проницаемость, ионная, молярная концентрация растворенных веществ отдель ных структурных образований растительных тканей, степень гид ратации основных компонентов предопределяют особенности рас пределения льда в системе, размер и форму кристаллов.
Более низкая концентрация растворенных веществ в межкле точном пространстве определяет разницу в значениях криоскопических температур структурных элементов, вследствие чего крис таллы льда формируются в первую очередь в межклеточной жид кости. При температуре ниже точки замерзания водяной пар в крупных межклеточных пространствах начинает конденсировать ся в виде капелек влаги на прилегающих клеточных стенках. Эта вода и превращается в первые микроскопические кристаллики льда, которые распространяются, обволакивая стенки клеток. Кристаллы разной формы (в виде линз, разветвленные и др.) разрастаются между клетками эпидермиса и паренхимы. Процесс сопровождается повышением осмотического давления вследствие роста концентрации растворенных в жидкости солей, что, в свою очередь, обусловливает миграцию влаги из клеток. Дальнейший рост кристаллов происходит за счет влаги, содержащейся в клет ках, что объясняется разницей в давлении пара поверхности раз ных кристаллов.
При понижении температуры в клетках сначала наступает со стояние переохлаждения, а затем спонтанно возникают центры кристаллизации, приводящие к образованию внутриклеточного льда. Граница перехода из одного агрегатного состояния в другое обусловлена не только концентрацией раствора, свойствами от дельных его компонентов, но и рядом других факторов. Так, в тонких капиллярах воду можно переохладить до -20 °С. Граница переохлаждения отдельных растворов пищевых продуктов различ на, а температура ниже этой границы или механическое встряхи вание приводят к очень быстрому, практически массовому пре вращению воды в лед.
При медленном замораживании с образованием крупных кри сталлов вне клеток изменяется первоначальное соотношение объе мов за счет перераспределения влаги и фазового перехода воды. Быстрое замораживание предотвращает значительное диффузионное перераспределение влаги и растворенных веществ и спо собствует образованию мелких, равномерно распределенных кри сталлов льда.
С изменением скорости замораживания по мере перемещения границ фазового перехода от периферии к центру продукта из меняются размер и характер распределения кристаллов льда. Наи более мелкие кристаллы образуются в поверхностных слоях про дукта.
Максимальное кристаллообразование в плодах и овощах про исходит при температуре от -2 до -8 0С. При быстром прохожде нии этого интервала можно избежать значительного диффузион ного перераспределения воды и образования крупных кристаллов. Степень повреждения тканевых структур плодов и овощей при замораживании зависит от размеров кристаллов льда и физико-механических превращений, протекающих в тканях на молеку лярном уровне.
На размер кристаллов льда и характер их распределения между структурными элементами существенно влияют состав и свойства плодов и овощей. Так, лук, картофель и некоторые другие овощи покрыты плотной естественной оболочкой, что способствует переохлаждению, тогда как капуста белокочанная, не имеющая та кой оболочки, не переохлаждается из-за крупных межклетников и большого содержания свободной воды.
Сильное влияние на характер кристаллообразования оказыва ет также степень зрелости плодов. В недозрелых плодах содержится значительное количество свободной воды и происходит в основ ном внутриклеточная кристаллизация, что губительно действует на клетки. В созревших плодах накапливается пектин, обладаю щий высокими гидрофильными свойствами. Он связывает значи тельное количество воды и способствует образованию гелеобразной структуры, что положительно сказывается на обратимости процесса замораживания.
Замороженные плоды и овощи приобретают новые свойства: твердость (следствие превращения воды в лед), плотность, ин тенсивность и яркость окраски (результат оптических эффектов) и др.; кроме того, значительно изменяются их теплофизические свойства.
Вследствие снижения кинетической энергии молекул при по нижении температуры, повышения вязкости внутриклеточной жидкости, уменьшения растворимости газов и диффузии веществ значительно снижается скорость химических реакций, однако полное прекращение их возможно только при абсолютном нуле (-273 °С).
При постепенном вымораживании влаги в жидкой фазе про дукта повышается концентрация минеральных солей (электроли тов), агрессивных по отношению к белкам и оказывающих наибо лее повреждающее действие на ферментные системы. При этом происходит как ускорение, так и замедление отдельных реакций, меняется их направленность. В первую очередь при заморажива нии повреждаются ферментные системы дыхательной цепи и окис лительного фосфорилирования митохондрий, вследствие чего исчезают основные жизненные функции: дыхание и способность к генерации энергии.
Поскольку при замораживании плодов и овощей окислитель но-восстановительные процессы, присущие свежим продуктам, сдвигаются в сторону окислительных реакций, качество получен ного продукта зависит в основном от степени активности оксидоредуктаз, среди которых особое значение имеют полифенолоксидаза, аскорбатоксидаза, каталаза и пероксидаза.
Деятельность ферментов является, пожалуй, основной причи ной появления посторонних привкусов в продуктах. При этом, как правило, снижается содержание крахмала и витамина С, уве личиваются кислотность и количество редуцирующих сахаров, в результате ферментативного потемнения изменяется окраска про дукта, ухудшаются консистенция, вкус, запах.
Из-за разрушения части ферментов при замораживании на рушаются сбалансированность и координация отдельных реак ций, их синхронность. При этом устойчивая к изменению рН инвертаза проявляет активность в широком диапазоне (3 — 7,5), что инициирует реакции накопления сахаров в замороженных плодах и овощах.
Сохранение активности пектолитических ферментов способ ствует повышению гидрофильных свойств коллоидов и уменьше нию степени повреждения клеток. В зависимости от вида продукта они оказывают различное действие: в ткани сливы эти ферменты теряют активность и замороженный продукт имеет плотную кон систенцию, в яблоках же их активность приводит к размягчению ткани.
Каталаза и пероксидаза катализируют дегидрирование амино кислот, фенолов, аминов, флавонов и др., при этом ухудшается качество плодов и овощей, которые приобретают посторонние привкусы. Каталаза и пероксидаза часто действуют антагонистически по отношению друг к другу. Так, в неразрушенных тканях каталаза тормозит действие пероксидазы; в разрушенных действие последней более активно. В отдельных случаях эти ферменты ока зывают одинаковое действие.
Некоторые ферменты (липаза) сохраняют активность даже при очень низких температурах.
Изменения углеводов при замораживании в значительной сте пени зависят от их состава. Так, имеются сведения, что высоко молекулярные углеводы в процессе замораживания подвергаются агрегатированию. Для систем, богатых крахмалом, характерно сни жение способности связывать воду.
Изменение состава и содержания витаминов при заморажива нии зависит от их химической структуры, вида и строения ткани. Потери витаминов имеют место при предварительной обработке сырья и непосредственно в процессе замораживания. Наиболее устойчивы к замораживанию тиамин, рибофлавин, пантотеновая кислота, каротин. Непосредственно при замораживании теряется около 10 % витамина С, а с учетом подготовки сырья (бланширо вание, мойка и др.) потери могут составить до 20 — 30 %. Сохра нению витамина С при замораживании способствует интенсифи кация процесса.
При замораживании плодов и овощей в неупакованном виде неизбежны поверхностное испарение и сублимация части воды, что приводит к усушке продукта. Так, при замораживании разных видов неупакованных плодов и овощей в туннельном морозиль ном аппарате с принудительной циркуляцией воздуха при -35 °С потери массы колеблются от 0,2 до 0,9 %.
14.2. Замораживание продуктов животного происхождения
Замораживание мяса крупного рогатого скота и свиней. Мясо замораживают обычно в полутушах и четвертинах, баранину — в тушах. Кроме того, мясо замораживают в блоках, сортовых отру бах и мелкой фасовке.
Для замораживания мясо в тушах и полутушах по подвесным путям направляют в морозильные устройства камерного типа. Камеры однофазного замораживания предназначены для замораживания мяса в виде туш, полутуш в парном состоянии с температурой в толще мышц бедра не ниже 35 °С. При отсутствии таких камер мясо замораживают двухфазным способом, предварительно охладив до температуры 0...-4 °С в толще мышц бедра.
При однофазном замораживании уменьшаются потери массы, сокращаются затраты труда на транспортировку, рациональнее используются холодильные емкости, не ухудшается качество мяса.
Говяжьи полутуши замораживают при следующих параметрах: температура от -30 до -40 °С, скорость движения воздуха 1 — 2 м/с, относительная влажность воздуха 95 — 100%; продолжи тельность процесса в пределах 24 ч. Время замораживания сви ных полутуш и бараньих туш составляет соответственно около 80 (18 — 20 ч) и 60 % (14—16 ч) времени замораживания говяжьих полутуш.
Интенсификация процесса замораживания мяса идет по пути понижения температуры кипения хладагента, увеличения скоро сти циркуляции воздуха, использования криогенных жидкостей, а также нетрадиционных физических методов.
При понижении температуры охлаждающей среды до -40 °С и ниже и скорости движения воздуха до 5 м/с можно заморозить парные полутуши до посмертного окоченения (за 18 ч), с кото рым связано холодовое сокращение. По органолептическим свой ствам такое мясо не будет отличаться от мяса, замороженного двухфазным способом с предварительным созреванием. Макси мальная скорость замораживания достигается применением кри огенных хладагентов. При этом значительно повышается коэффи циент теплоотдачи, обеспечивается ускоренный теплообмен, в максимальной степени сохраняется исходное качество продукта и уменьшается до минимума его усушка. Кроме того, обеспечивает ся повышенная обратимость биологических процессов. Продукты, замороженные криогенными жидкостями, меньше подвержены воздействию холодового шока, в них не происходит денатурации белка; при варке мясо получается более нежным и сочным.
Интенсифицировать процесс замораживания можно и с по мощью физических методов — повышения давления воздушного потока, применения ультразвука, вибрации и т.д.
Замораживание птицы. Птицу замораживают в воздушной среде после предварительного охлаждения или без него. Продолжитель ность замораживания птицы в таре зависит от ее вида и упитанно сти, температуры и скорости движения воздуха. При -18 °С и есте ственной циркуляции — 48 — 72 ч, при -23...-26 °С и скорости движения воздуха 1 — 1,5 м/с — 20 ч (куры и утки), 35 —40 ч (гуси, индейки).
Быстрее можно заморозить птицу в скороморозильных аппаратах туннельного типа при -30...-40 °С и интенсивном движении воз духа. Продолжительность замораживания составляет 4,5 — 10 ч в зависимости от упитанности и вида птицы. Потери массы при замораживании 0,2 — 0,4%.
Для замораживания в жидких хладоносителях в качестве теплоотводящей среды применяют в основном водные растворы хлори дов натрия и кальция, пропилен- и этиленгликоль; птицу предва рительно вакуумируют в термоусадочной пленке. При температуре -25 °С и скорости циркуляции среды 0,1 м/с продолжительность процесса замораживания упакованных тушек кур массой 1 — 2 кг составляет 0,5 — 1 ч. Воздушный способ позволяет достичь такой продолжительности замораживания только при -50 °С и скорости движения воздуха 3 м/с.
Еще более перспективно применение модульных скороморо зильных аппаратов, работающих на жидком азоте или диоксиде углерода, распыляемых с помощью форсунок в зоне замораживания. Под действием образующихся при этом паров хладагента про исходят предварительное охлаждение и выравнивание температуры по объему продукта. Предварительное охлаждение продукта исключает последующее растрескивание его и, следовательно, сокращает потери массы при размораживании и кулинарной об работке. Продолжительность замораживания полутушек кур до среднеобъемной температуры -18 °С 6 мин.
Замораживание субпродуктов. Субпродукты замораживают на противнях, которые укладывают на рамы, этажерки или стеллажи, либо в виде блока при температуре -30...-55 0С и скорости движе ния воздуха 1 —2 м/с. Продолжительность замораживания при двух фазном способе 12 ч, при однофазном — 18 ч; при замораживании в морозильных аппаратах — соответственно 3 — 4 и 4 —7 ч.
Замораживание продуктов из яиц. Из общего мирового произ водства яиц (650 млрд шт./год) 10% подвергают замораживанию в различном виде. Замораживают продукцию из яиц — яичный меланж, альбумин (белки) и желтки с сахаром для выпечки хле бобулочных изделий. Кроме того, замораживают соленый желток, применяемый при изготовлении майонеза и приправ для салата, а также простой желток без сахара и соли, используемый для детского питания и в рецептуре лапши. Замораживают и специальные яичные продукты (смесь для яичницы-болтуньи, омлеты, суфле, кубики, рулеты и т.д.).
Для длительного хранения меланж замораживают при -35... 45 °С до -18°С и хранят при этой же температуре. Для замораживания пригодны только очень свежие яйца, в некоторых случаях, чтобы уничтожить сальмонеллы, их дополнительно стерилизуют путем применения обратного осмоса и ультрафильтрации. Эффект желирования можно свести к минимуму подмешиванием 5—10% соли, 10% сахарозы или 5% глицерина. Эффекта резинистости альбумина можно избежать применением криогенного заморажи вания в диоксиде углерода и азоте.
Замораживание молочных продуктов. Из молочных продуктов чаще всего замораживают сливочное масло, предназначенный для переработки творог, некоторые кисломолочные продукты, редко молоко, сыры.
Для холодильной обработки ящики масла укладывают так чтобы обеспечить доступ холодного воздуха к каждому пакету или вертикальному ряду пакетов. Высота вертикальных рядов грузовых пакетов не должна превышать при температуре масла ниже 5 °С трех рядов, при 5 — 8 0С — двух, при 8°С и выше - одного.
Холодильная обработка масла считается законченной, если в монолите на глубине 6 — 8 см температура продукта не превыша ет -12 °С.
Количество сливочного масла, загружаемого ежесуточно для холодильной обработки в камеры хранения с температурой воз духа -18°С и ниже, не должно превышать для камер вместимос тью до 200 т включительно 6 %, более 200 т — 12 % (повышение температуры воздуха камеры выше -14 °С не допускается).
Замораживание рыбы. Рыбу перед замораживанием сортируют, у крупной удаляют внутренности; слизь смывают чистой водой. Существуют следующие способы замораживания рыбы: в воздухе с помощью естественного холода; в смеси льда и соли; с помощью искусственного холода, получаемого машинным методом (воздуш ное замораживание, контактное в плиточных морозильных аппа ратах); с применением жидких углерода и азота; в рассоле; ком бинированные.
Воздушное замораживание с помощью естественного холода (при температуре наружного воздуха не выше -10 °С) применяют в местах подледного лова. Это наиболее простой и экономичный способ. Рыбу раскладывают на предварительно подготовленной ледяной площадке поштучно в один ряд, чтобы обеспечить мак симальный теплообмен поверхности с воздухом; по мере замора живания ее переворачивают. Крупную рыбу обычно заморажива ют в подвешенном состоянии, мелкую раскладывают слоем тол щиной не более 12 см. При сильном морозе и ветре рыба замора живается быстро, при этом обеспечиваются высокое качество про дукта и значительная экономия.
Способ замораживания в смеси льда и соли (метод Оттесена) основан на явлении самоохлаждения смеси льда и поваренной соли, в которой одновременно протекают такие процессы, как плавление льда и растворение соли. При этом корочка льда препятствует проникновению соли. Продолжительность замораживания слоя рыбы до 6 см составляет 10— 11 ч.
Способ замораживания орошающим раствором (метод Заротченцева —Тейлора) предусматривает охлаждение рыбы сначала чистой водой, а затем охлаждающим раствором соли температу рой -16...-20 °С и последующим ополаскиванием. Продолжитель ность замораживания этим способом вдвое превышает продолжи тельность замораживания предыдущим способом.
Рыбу замораживают также в камерах при температуре -25 °С с естественной и принудительной циркуляцией воздуха. При замораживании крупных объектов, например рыбных блоков, опти мальная скорость движения воздушного потока составляет 5 м/с; при поштучном замораживании продуктов небольшого размера в воздушных морозильных установках скорость движения среды 1 может быть повышена до 10 м/с.
На современных промысловых судах рыбу и морепродукты за мораживают, как правило, контактным способом с использова нием горизонтальных и вертикальных плиточных морозильных установок. Преимущество этого способа — возможность получать рыбные блоки правильной геометрической формы. Такие блоки, приготовляемые за рубежом из филе, из смеси филе и фарша или только из фарша, широко применяют для производства рыбных палочек и порционных продуктов, пользующихся повышенным спросом. Замораживание продукции с высокой скоростью приме няют при производстве на судах высококачественного рыбного фарша сурими, из которого получают фаршевую кулинарную про дукцию, в том числе такую деликатесную, как аналоги мяса кра ба, креветок, гребешка.
Мелкую, среднюю и крупную рыбу замораживают стандартными блоками размером 800 х 250 х 60 мм (массой до 12 кг) в металлических формах с крышками. Рыбу в мелкой фасовке, пред варительно упакованную в картонные коробки, пакеты из поли мерной пленки, замораживают на открытых противнях.
Продолжительность замораживания до -18 °С составляет: рыбы в блоках толщиной 60 мм — 3 — 5 ч; крупной и средней рыбы, уложенной на противни, — 3 — 6 ч; осетровых и других крупных рыб в подвешенном состоянии — 6 — 10 ч.
Контактный способ замораживания в плиточных морозильных аппаратах применяют для замораживания рыбы мелких и средних размеров, а также филе, фарша и рыбной кулинарии. Продукт помещают между двумя полыми металлическими плитами, внутри которых циркулирует хладагент или хладоноситель. Затем плиты сдвигают, создавая определенное давление, которое обеспечивает подпрессовку продукта при замораживании.
Давление (в пределах 0,01—0,1 МПа) регулируют с помощью гидравлического привода и устанавливают в зависимости от вида продукта, его свойств и вида упаковки. Продолжительность замо раживания рыбы в плиточных морозильных установках связана с толщиной блока, при увеличении которой удлиняется процесс и снижается производительность установки. Для рыбы разных видов с толщиной блоков от 30 до 100 мм продолжительность замораживания составляет от 40 до 180 мин.
К специфическим рыбным объектам холодильной обработки относится рыба тунцового промысла, отличающаяся крупными размерами и массой. Эту рыбу необходимо охладить в течение не скольких часов, поэтому воздушный способ непригоден, а приме няют, как правило, рассольный, основанный на использовании концентрированных растворов хлористого натрия (-15...-18 °С) и хлористого кальция (-30 °С). Причем при применении первого ка чество рыбы значительно хуже из-за просаливания и низкого теп лообмена. Интенсификация процесса путем понижения темпера туры хлорида кальция до -45 °С в Японии показала преимущество этого способа перед воздушным замораживанием при температу ре -55 0С.
Замораживание в жидких азоте и диоксиде углерода обеспечи вает очень высокую эффективность холодильной обработки, но вследствие большой стоимости сжиженных газов в 2 — 3 раза пре вышает стоимость традиционного замораживания. Поэтому такой способ эффективен только при обработке дорогостоящей продук ции: крабов, креветок, лососевых и др. Он позволяет получать мороженый полуфабрикат высокого качества при минимальных потерях массы. Этот способ комбинируют с воздушным замора живанием, используя жидкий азот лишь для быстрого снижения температуры в критической зоне (до -5...-7 °С). Так, рыбопродук ты доставляют на береговое предприятие в охлажденном виде, зачищают, упаковывают под вакуумом и замораживают в крио генной установке до температуры не выше -5 °С в течение 32 мин. Замороженные филе, фарш, полуфабрикаты быстро перекладывают в картонные ящики по 10 — 21 кг и домораживают до -20 °С в воздушной морозильной установке. По качеству филе комбиниро ванного замораживания превосходит филе, замороженное в усло виях промысла на судах в плиточных морозильных установках.
Установки, работающие на диоксиде углерода, за рубежом ис пользуют для поштучного замораживания рыбного филе, полу фабрикатов, ракообразных, моллюсков. Охлаждение среды в тун нельных, ленточных и спирально-ленточных установках происхо дит за счет сублимации твердой двуокиси углерода при темпера туре до -78 °С, а подаваемый в установку хладоноситель обеспе чивает температуру газовой среды около -70 °С.
Использование такой установки, несмотря на высокую сто имость замораживания, экономически выгоднее воздушного ме тода благодаря более высокой (в четыре раза) производительности, меньшей обсемененности бактериями, отмирающими в атмосфере углекислого газа, и более высокому качеству продуктов.
Для предохранения рыбы от усушки и окисления жира в тех нологический процесс вводят операцию глазирования. Ледяную корочку (глазурь) получают трехкратным погружением блоков или отдельной рыбы температурой не выше -18 °С в воду температурой 1 — 2 °С. Продолжительность каждого погружения 2 с. Для ускорения процесса образования ледяной корочки и увеличения ее прочности мороженую рыбу после погружения в воду выдержива ют в потоке холодного воздуха (скорость 2 — 3 м/с) в течение 10 — 20 с. Масса глазури составляет 2 — 4 % массы рыбы.
В то же время водной глазури свойствен существенный недо статок — относительно быстрая сублимация, из-за чего уже через несколько месяцев хранения она может исчезнуть, а продукция окажется практически незащищенной от окислительной порчи и усушки. Поэтому для защиты мороженой рыбы в процессе дли тельного холодильного хранения на ее поверхность целесообраз но наносить не воду, а растворы пленкообразующих составов, обладающих высокими адгезионными свойствами. Растворы на носят в виде газонепроницаемых оболочек, устойчивых к механи ческим воздействиям и испарениям. В качестве водорастворимых покрытий используют поливиниловый спирт в смеси с различными модификаторами — оксиметилцеллюлозой, оксипропилцеллюлозой, карбоксиметилцеллюлозой и др.
14.3. Быстрозамороженные продукты
Производство быстрозамороженной продукции — одна из наи более динамично развивающихся отраслей пищевой промыш ленности. В 1980-е годы темпы роста производства замороженных продуктов в развитых странах достигали 8 — 12 % в год, и хотя в 1990-е снизились до 5 — 8 %, они остались одними из самых вы соких среди других групп продовольственных товаров.
Крупнейшие в мире потребители быстрозамороженных продуктов — США и Швеция, где их потребление уже превысило 50 кг на душу населения в год. Производство и потребление быст розамороженной продукции (вместе с пельменями) в нашей стране составляет около 0,5 — 1 кг на душу населения в год.
По классификации ФАО к быстрозамороженным продуктам относятся изделия из овощей и картофеля, фрукты, готовые из делия и кулинарные полуфабрикаты. Производится и потребляет ся более 10 тыс. видов этой продукции, что в значительной степе ни определяется потребностями рынка. При этом отмечают следу ющие общественно-экономические выгоды, связанные с производством быстрозамороженной продукции: снижение потерь сырья; уменьшение на 20 —25 % необходимых производственных площадей, на 50 % — обслуживающего персонала на предприятиях общественного питания; сокращение затрат времени на домашнее приготовление пищи; обеспечение сбалансированного пита ния согласно научным рекомендациям; безвредность для потребителя и окружающей среды; уменьшение расхода электроэнергии на 50 % по сравнению с ее расходом на производство консервов.
Темпы роста производства быстрозамороженной продукции в значительной степени определяются также развитием производ ства и сбыта современных домашних холодильников и морозиль ников, в которых температуру хранения можно поддерживать в интервале -12...-30 °С, использованием промышленных и домаш них микроволновых устройств, где замороженный продукт в упа ковке доводится до готовности за несколько минут.
Ассортимент быстрозамороженной продукции зависит в пер вую очередь от национальных традиций, спроса, активности про движения на рынок, а также развитости холодильной цепи от сырьевой базы до домашней холодильной и тепловой техники. За рубежом быстро замораживают главным образом зеленый горо шек, шпинат, коренья, стручковую фасоль, черную смородину, землянику и др. В группе быстрозамороженных готовых блюд и кулинарных полуфабрикатов первое место занимают изделия из теста, особенно пицца и различные мучные изделия (кнедлики с начинкой, русские пельмени). Среди рыбных изделий значитель ную долю на рынке составляет филе. В США замораживают не сколько десятков тысяч тонн сладкой кукурузы в виде початков и более 110 тыс. т зерна в год.
Широкое распространение за рубежом получила дифференци ация замороженных блюд по целевому назначению: повседнев ные обеды, блюда праздничной кухни, ужины для одного-двух человек или целой семьи, еда для тех, кто не может пользоваться столовой в течение дня, специальные наборы для отдыхающих за городом, блюда, соответствующие требованиям определенных лечебных диет, и др.
В России в настоящее время детально разработаны технология и оборудование для замораживания монопродуктов (плодов и ово щей в целом или резаном виде без особой обработки). Освоена также технология получения продуктов высокого качества (IQF), производство быстрозамороженных полуфабрикатов (овощные смеси, холодные компоты, холодные супы и др.). В стадии разра ботки и испытания находятся оборудование и новые технологии для приготовления быстрозамороженной пищи повышенной го товности в виде сбалансированных рационов питания, предназначенных для туристов, альпинистов, космонавтов, энергетиков геологов, газовиков и др. Разрабатываются технологии и оборудование для быстрого питания (школьные завтраки и др.).
Для обеспечения сбалансированного питания школьников различных возрастных групп с учетом медикобиологических требований разработаны рецептуры и технология производства быстрозамороженных плодоовощных блюд повышенной пищевой ценности. Особенность этих продуктов — наличие добавок целенап равленного действия, повышающих их питательную ценность, калорийность, с радиопротекторными и защитными свойствами, |что особенно актуально в связи с неблагоприятной экологической обстановкой во многих регионах России.
Для изготовления этих блюд используют наиболее ценное пло дово-ягодное сырье с большим содержанием биологически ак тивных веществ (минеральные и пектиновые, белки, углеводы, витамины, пищевые волокна, антоцианы и др.). В качестве доба вок применяют синтетические витамины, молочную сыворотку и концентрат сывороточного белка, пектин, морепродукты и др.
Особую группу составляют фруктово-ягодные десерты из чер ной смородины, клубники, малины, вишни, сливы, черноплод ной рябины и др.; салаты на основе тыквы, яблок, зеленого го рошка; вторые обеденные блюда (котлеты мясные с кабачками, сырники с морковью, баклажаны с мясом и с соей и др.). Эти блюда сбалансированы по основным компонентам химического состава и рекомендованы Институтом питания РАМН. Плодово-ягодные десерты сохраняют натуральные свойства и пищевую ценность сырья и добавок благодаря щадящей технологии и быстро му замораживанию как наиболее прогрессивному методу консер вирования.
Полуфабрикаты фруктовых и овощных начинок представляют собой измельченную массу плодов сливы, тыквы, яблок и вишен без косточек, смешанных с пищевым загустителем и сахаром.
На долю замороженных изделий из картофеля в отдельных стра нах приходится 30 % потребления всех быстрозамороженных про дуктов. Экономично замораживать свежий картофель, когда его состав наиболее полноценный, к тому же витамина С в таком случае сохраняется гораздо лучше, чем при других способах пере работки и хранения.
Производство быстрозамороженных картофелепродуктов вклю чает подготовку сырья, основное производство и утилизацию отходов.
Ассортимент изделий из картофеля достаточно разнообразен. Это и гарнирный картофель (обжаренный и необжаренный), кар тофельное пюре, картофельные котлеты, биточки, вареники, клецки и др.
Для получения качественного продукта гарнирный картофель замораживают в скороморозильных аппаратах при температуре -35...-40 0С в течение 6 — 12 мин до температуры в центре продук та -15 °С. В последующем температура по всей массе выравнивает ся, и продукт хранится при -18 °С в течение 6 мес.
Ассортимент картофелепродуктов, вырабатываемых за рубежом, разнообразен. Только в США выпускают около 2 млн т замороженных продуктов из картофеля нескольких десятков видов. Наи большую долю в реализации составляет картофель, обжаренный по-французски, нарезанный столбиками (прямые или гофриро ванные) длиной от 25 до 50 мм, сечением 13x13 мм. Более длин ные (76 мм и более) столбики картофеля — это отдельный товар ный вид — шустринг. Кроме того, вырабатывают целые мелкие клубни, гладкие или гофрированные ломтики, кубики и др. с бо лее и менее глубокой обжаркой. Отдельную группу составляют за мороженные картофельные котлеты, оладьи, картофель бланшированный (необжаренный) и др.
Зеленый горошек занимает второе место после картофеля в ми ровом производстве замороженных продуктов. Его используют са мостоятельно и в виде компонента замороженных смесей. В неко торых странах его доля составляет от 10 до 40 % всех заморажива емых овощей.
Сырьем для производства служат зерна зеленого горошка мо лочной спелости, которые сразу после уборки направляют на пе реработку. Транспортировку горошка без охлаждения можно про изводить только в том случае, если время от его обмолота до переработки не превышает 1 ч. Важная операция — ополаскивание горошка перед транспортировкой. После ополаскивания и сниже ния температуры до 7 °С (холодная вода, измельченный лед) ко личество микроорганизмов уменьшается на 50 — 80 % от первоначального. Перед замораживанием проводят сортировку по размеру и цвету, бланширование. После бланширования горошек быстро охлаждают в каскадных противоточных холодильных установках, а затем дополнительно путем орошения водой на перфорирован ном конвейере, на котором также контролируется качество про дукта и отделяется избыточная вода. На следующем этапе горошек направляют на замораживание, которое наиболее эффективно про водить во флюидизационных аппаратах. Замороженный продукт разделяют на вибрационных или барабанных сортировочных ма шинах на несколько фракций и упаковывают каждую отдельно в контейнеры или мешки.
В некоторых странах стандартами разрешается добавлять в го рошек натуральные или искусственные вкусовые вещества, глютамат натрия и другие разрешенные органами здравоохранения пряности (соль, лист мяты, подсластители и др.). Расширяется производство замороженного горошка и овощных продуктов с до бавлением животного и растительного масла, майонеза, введени ем загустителей, ароматизаторов и других добавок. Такие продук ты, упакованные в термосвариваемую пленку, предназначены для быстрого приготовления.
Замороженную стручковую фасоль выпускают различных видов: нарезанную на кусочки, целиком, в виде различных смесей, с вкусовыми добавками, в масляном соусе и др. Для производства этого продукта используют весь стручок с малоразвитыми или совсем неразвившимися семенами. Наличие сравнительно крупных зерен в стручках — дефект сырья. Технология замораживания аналогична замораживанию зеленого горошка.
Сахарную кукурузу, замороженную в зернах, выпускают без добавления других компонентов, а также в масляном соусе, с солью, пряностями, в смесях с бобами Лима (саккоташ) и др. Замо раживают ее, как правило, во флюидизационных морозильных аппаратах.
Капусту белокочанную как самостоятельный продукт не замора живают, она входит в состав различных овощных смесей. Замора живают чаще всего капусту цветную, брокколи, брюссельскую, как в натуральном виде, так и с солью, пряностями, в соусах и др.
Морковь замораживают кубиками, а мелкую — целиком. В пос леднем случае необходим особо тщательный подбор сортов сырья. Замораживают ее как во флюидизационных, так и в туннельных морозильных аппаратах. Замороженная морковь пользуется боль шим спросом, значительное ее количество реализуется в смесях с зеленым горошком.
Томаты в натуральном виде обычно не замораживают. Но они могут входить в замороженные овощные смеси — гювеч и паприкаш (до 50 % целых зрелых томатов). Сырьем для замораживания служат зрелые томаты с гладкой поверхностью, плотной мякотью, довольно толстой, но достаточно упругой кожицей. Томаты сортируют по размеру, иногда по окраске (делят на 5 групп) и замораживают в туннельных морозильных аппаратах как цели ком, так и нарезанными на ломтики, без сердцевины, очищен ными и др.
Томат-паста, сгущенная в выпарной установке (полученная из перезревших плодов) и затем замороженная, — высококачествен ный продукт для приготовления кулинарных изделий.
Среди других овощей наиболее часто замораживают сладкий перец, лук, тыкву, шпинат, спаржу и др.
Овощные смеси готовят главным образом из замороженных овощей в охлаждаемых помещениях с температурой около 5 °С. Из приемных бункеров продукты в определенном соотношении по ступают в барабанный смеситель, где они перемешиваются до по лучения требуемой смеси. Смесь поступает в бункер-накопитель, а из него в упаковочные автоматы. Смесь может содержать кабач ки, горошек, нарезанную стручковую фасоль, брюссельскую капусту, кукурузное зерно, морковь, тыкву и др.
В связи с увеличением спроса мировой объем производства овощных смесей ежегодно растет, а их ассортимент расширяется. Из традиционных смесей можно отметить калифорнийскую, которая содержит 12 % бобов, по 22 % стручковой фасоли, зеленого горошка, репы и зерна кукурузы.
В смесь для тушения входит 55 % картофеля, 28 % моркови-каротели, 12 % лука и 5 % сельдерея.
Смесь саккоташ содержит 50 — 70 % кукурузы, а остальное количество составляют стручковая фасоль или бобы Лима. Во Франции приготавливают смеси из стручковой фасоли и зеленого горошка с грибами, кукурузой, томатами, перцем и др.
В группе плодов наибольшим спросом пользуются замороженные косточковые: вишня, черешня, абрикосы, персики, слива и др.; ягод — земляника, клубника, черника, черная и красная смо родина и др. Плоды, предназначенные для замораживания, долж ны соответствовать определенным требованиям: быть зрелыми здоровыми, соответствующей окраски, свежими, чистыми, од ного сорта, не пораженными болезнями и вредителями, без по сторонних запаха и привкуса, механических повреждений.
Земляника занимает первое место в мире среди замороженных ягод; в некоторых странах замораживают более 50 % всего ее объе ма. Предназначенная для замораживания земляника должна иметь интенсивную окраску, характерный аромат, плотную мякоть. После сортировки по качеству (иногда и по размеру) ее в большинстве случаев направляют для замораживания во флюидизационный аппарат или же замораживают на нейлоновых ситах в ленточном морозильном аппарате. Сортировать по размеру ее лучше после замораживания и немедленно упаковывать в мешочки из синте тической пленки.
Земляника относится к тем продуктам, для которых скорость замораживания и размораживания — решающий фактор. Первая обусловливает консистенцию продукта, а вторая — потери сока после размораживания. Применение сверхбыстрого заморажива ния в жидком азоте позволяет снизить потери за счет вытекания сока до 6 — 8 %, в то время как потери при традиционном замора живании составляют 30 %.
Кроме натуральной замороженной земляники вырабатывают на резанную землянику с сахаром, земляничное пюре с сахаром и др.
Аналогичным способом (с сахаром и без него) замораживают смородину, крыжовник, чернику, ежевику, малину и др.
Абрикосы и персики замораживают разрезанными пополам, без косточек. В предварительную обработку входит операция фиксции цвета, для чего плоды погружают в растворы антиокислителей (лимонная и аскорбиновая кислоты, диоксид серы и др.). При замораживании к плодам, как правило, добавляют сахар-песок (в соотношении 3:1) либо заливают их 35 —50 %-ным сахарным раствором, чаще всего с добавлением лимонной или аскорбино вой кислоты не только в качестве антиокислителя, но и для улучшения вкуса.
Быстрозамороженные изделия из теста можно длительно хранить в замороженном состоянии и вырабатывать их в промышленных масштабах, снабжая население крупных городов, сель ской местности, курортных зон, а также зрелищные мероприятия, независимо от места их нахождения по мере необходимости в любое время года через систему розничной торговли и общественного питания. Полуфабрикаты пресного слоеного теста готовят ускорен ным или традиционным способом, формуют блоками (пластами) толщиной 8 — 10 мм и упаковывают в полиэтиленовую пленку.
Пирожки формуют из пресного слоеного теста с фруктовыми (вишневая, сливовая, яблочная) и овощными (тыквенная, капуст ная) начинками и выпекают до готовности. Изделия из теста с начинкой упаковывают в полиэтиленовую пленку после замора живания, полуфабрикаты — до замораживания. Срок хранения этих продуктов при температуре -18 °С составляет: начинок — не более 12 мес; теста — не более 3 мес; пирожков со сливовой, вишневой, яблочной и тыквенной начинками — не более 6 мес; пирожков с начинками из свежей и квашеной белокочанной ка пусты — не более 2 мес.
Развитие производства быстрозамороженных продуктов позволит: значительно (до 30 %) сократить потери важнейших биологи чески ценных компонентов сельскохозяйственного сырья при дли тельном хранении;
снизить потери пищевых продуктов в общественном питании и домашнем хозяйстве;
высвободить часть работников, занятых неквалифицированным ирудом по сортировке и подготовке продуктов к реализации и потреблению;
уменьшить затраты домашнего труда;
создать запасы продуктов широкого ассортимента для равно мерной реализации в крупных потребительских центрах в течение года.
14.4. Сублимационная сушка продуктов
Сублимационная сушка основана на способности льда при оп ределенных условиях испаряться, минуя жидкую фазу. Она имеет следующие преимущества по сравнению с традиционными мето дами консервирования:
исключается необходимость холодильного хранения, так как сухие продукты могут длительное время храниться при положи тельных температурах;
значительно уменьшается масса продуктов после сушки, сле довательно, снижаются расходы на погрузочно-разгрузочные работы и транспортировку;
упрощается система реализации продуктов и удлиняются сро ки их реализации;
вкусовые качества продуктов изменяются незначительно.
Для протекания процесса сублимационной сушки необходимы два условия:
наличие основной части влаги в продукте (не менее 70 %) в твердом агрегатном состоянии;
поддержание достаточной разницы парциальных давлений паров воды в продукте и окружающей среде.
Сублимационная сушка возможна, когда давление паров окру жающей среды ниже давления в тройной точке А. При этом лед, минуя жидкую фазу, превращается в пар, который ассимилируется окружающей средой или конденсируется на холодной поверх ности испарителя.
В процессе сушки в зону парообразования непрерывно должна подводиться энергия в количестве, достаточном для компенса ции теплоты фазового превращения, отнимаемой от продукта. Подвод теплоты в зону парообразования усложняется по мере продвижения этой зоны в глубь продукта. Образующийся слой подсохшего продукта оказывает сопротивление как переходу пара из зоны парообразования к поверхности продукта, так и передаче теплоты снаружи в зону парообразования.
Ассортимент продуктов, полученных способом сублимацион ной сушки, достаточно разнообразен и может быть подразделен на несколько групп:
мясо и мясопродукты — говядина, баранина, свинина, мясо птицы и др. — перерабатываются в сыром виде, предварительно сваренными или приготовленными иными способами;
молочные продукты: творог, молоко и др.;
яйцепродукты: яичный белок, яичный желток, смесь белка и желтка;
овощи: картофель, морковь, свекла, различные виды капус ты, петрушка, зеленый горошек, кабачки, лук, грибы, овощные первые, вторые блюда и др. — как в сыром виде, так и предвари тельно сваренные;
фрукты, ягоды и продукты их переработки: яблоки, абрикосы, персики, сливы, бананы, клубника, малина, фруктовое пюре, плодово-ягодные соки и др.;
быстрорастворимые чай, кофе, пряности.
Технологический процесс получения сублимированных про дуктов состоит из следующих основных операций:
отбор и предварительная обработка сырья;
замораживание;
сублимационная сушка;
упаковка высушенных продуктов.
Отбор и предварительная обработка сырья. Характер и количественное соотношение веществ, входящих в состав сухого остатка продукта, предопределяют условия его сушки и последующего хранения. Так, температура натуральных продуктов животного происхождения на стадии удаления остаточной влаги должна быть такой, чтобы в процессе сушки не происходили значительные денатурационные изменения белковых веществ. Возможность окис ления жиров, некоторых витаминов и других компонентов пище вых продуктов определяет необходимость изоляции большинства сухих продуктов от воздуха в процессе хранения. Уровень содержания редуцирующих веществ в продуктах предопределяет коли чество воды, которое следует удалять в процессе сушки для предотвращения развития сахароаминных реакций при хранении су хого продукта. Необходимо также учитывать бактериальную обсемененность пищевых продуктов, поступающих на сублимацион ную сушку.
Таким образом, при подборе сырья и определении условий его предварительной обработки обращают внимание на следующие основные факторы:
высокую биологическую ценность и оптимальные органолептические показатели продукта;
максимальную степень сохранения структуры и исходного со стояния составных компонентов продукта (белков, липидов, ви таминов, пигментов, летучих веществ) при замораживании, сушке и последующем хранении;
оптимальный размер и форму продукта;
низкий уровень окисления липидной фракции;
низкую бактериальную обсемененность.
Физико-химические, биохимические и структурно-механиче ские свойства исходного сырья определяют качество и пищевую ценность высушенного продукта, а также особенности техноло гии его консервирования.
Особенности предварительной обработки поступающего на сублимационную сушку сырья определяются спецификой состава и свойств пищевых продуктов и сводятся в основном к тепловой обработке, нарезке, измельчению, введению добавок, а также биохимическим методам.
Замораживание. Процесс замораживания существенно влияет на качество продуктов, причем быстрое замораживание способ ствует максимальному сохранению исходных свойств большин ства из них.
Пищевые продукты в зависимости от их свойств заморажи вают в специальных камерах при атмосферном давлении или Непосредственно в сублиматоре за счет интенсивного испаре ния части влаги в результате непрерывно возрастающего вакуу ма. В то же время вакуум-замораживание неприемлемо при суб лимационной сушке сырого мяса и рыбы в кусках, фруктовых соков, пюре, некоторых видов ягод и фруктов, так как при этом существенно изменяются физико-химические и структур ные свойства продукта.
При замораживании пастообразных продуктов (молоко, чай соки и др.) предусматривается последующее измельчение их в условиях отрицательных температур. Поэтому достаточно эффек тивно замораживание жидких материалов в распыленном состоянии с последующей сушкой замороженных гранул в тонком слое.
При замораживании продуктов в специальных скороморозиль ных камерах технологический процесс следует организовать так чтобы продукт перед началом сублимации не оттаивал.
Проведение сублимационной сушки. При проведении собствен но сублимационной сушки для получения высококачественного продукта необходимо удалить 75 — 90% влаги при отрицательной температуре в центральной зоне продукта. Оставшаяся часть наи более прочно связанной влаги удаляется при положительных тем пературах продукта. Допустимый уровень температуры продукта в период сублимации и удаления остаточной влаги определяются его свойствами и продолжительностью процесса сушки. Пищевые продукты достаточно высокого качества могут быть получены при умеренно низких температурах сублимации — от -10 до -30 °С. Так, при сушке большинства овощей достаточная температура суб лимации -10 0С. При сушке ягодных и фруктовых соков вследствие высокого содержания в них сахара в зоне сублимации должна под держиваться температура от -20 до -30 °С. Температура продуктов животного происхождения в период сублимации влаги должна быть выше -15...-20 °С. Длительность этого периода сушки составляет 50 — 60 % полного времени сушки, а количество удаляемой вла ги— 40 — 50 %.
На стадии удаления остаточной влаги наиболее важные факто ры, обеспечивающие высокое качество продукта, — продолжи тельность воздействия повышенной температуры и ее максималь ное значение. Для каждого вида пищевых продуктов существует температурный предел устойчивости к нагреву. В границах этого температурного предела могут быть подобраны оптимальные со отношения температуры продукта и продолжительности нагрева, при которых длительность процесса сушки будет наименьшей при минимальных изменениях в продукте. Так, в зависимости от свойств продукта и продолжительности процесса сушки допустимый уро вень температур материала в период удаления остаточной влаги находится в пределах 40 — 80 °С. Длительность этого периода со ставляет 30 — 40 %, а количество удаляемой влаги — 20 — 30 % об щего ее количества.
Оценка пищевой ценности продуктов сублимационной сушки по органолептическим, физико-химическим показателям, степе ни переваримости и усвояемости показывает их незначительные отличия от исходных. При этом достаточно хорошо сохраняются полиненасыщенные жирные кислоты, незаменимые аминокис лоты, витамины, минеральные вещества и другие важные показатели пищевой ценности продуктов. Сохраняются также прису щий продуктам аромат и вкус. В то же время продукты сублимаци онной сушки имеют пористую структуру, поэтому обладают вы сокой абсорбционной способностью. Обезвоженные продукты животного и растительного происхождения интенсивно поглоща ют кислород из окружающей среды, причем особенно интенсив но в начальный период хранения. Абсорбция газообразного кис лорода может привести к интенсивному развитию окислительных процессов, следствием чего является снижение органолептических показателей и пищевой ценности продуктов. Кроме того, про дукты сублимационной сушки активно адсорбируют из окружающей среды влагу, что стимулирует развитие реакций потемнения, при водящих к снижению качества продукта в процессе хранения. Адсорбционную способность продукта можно уменьшить прессова нием до его упаковывания. Процесс прессования необходимо про водить в условиях, исключающих контакт продукта с кислородом воздуха. Прессование высушенных продуктов позволяет также уве личить их объемную массу и коэффициент использования тары.
Упаковывание. Сублимированные продукты сразу после полу чения необходимо герметично упаковать. Упаковка должна изо лировать продукт от кислорода воздуха и действия света, предот вращать сорбцию влаги высушенным продуктом из окружающей среды, защищать от механических повреждений, предохранять от потери естественного запаха и приобретения постороннего. Наи более приемлема для этих целей тара из полимерных материалов, основными преимуществами которой являются относительно высокие барьерные свойства, небольшие масса и жесткость, хоро ший внешний вид и низкая стоимость. Оптимальным вариантом являются полимерные материалы на основе алюминиевой фоль ги, кашированной полимерными пленками. Продукты следует упаковывать сразу после сушки в условиях пониженного содержания кислорода и влаги.
Кислород из упаковки удаляют различными методами: физиче скими, химическими или биохимическими. Из физических мето дов в производственной практике наибольшее распространение по лучило однократное вакуумирование упаковки с последующим введением в нее азота. К достаточно эффективным химическим мето дам относится удаление кислорода из упаковки в результате реак ции взаимодействия его с водородом, протекающей с участием катализатора, в качестве которого используется палладий. Можно также упаковывать продукты в специальных герметизированных камерах с инертным газом под управлением микропроцессора.
Общепризнанно, что в процессе сублимационной сушки про исходят некоторые изменения свойств исходного сырья, но они минимальны по сравнению с изменениями при консервировании другими методами.
ГЛАВА 15
ХОЛОДИЛЬНОЕ ХРАНЕНИЕ ПРОДУКТОВ ПИТАНИЯ
15.1. Характеристика холодильного хранения
Холодильное хранение позволяет обеспечить ритмичные по ставки населению высококачественных продуктов питания с ми нимальными потерями в течение года.
Хранение охлажденных, подмороженных и замороженных про дуктов проводится на базисных и распределительных холодиль никах, в местах их производства и в торговле, а также в бытовой холодильной технике потребителя, причем в первых случаях речь может идти о долгосрочном хранении замороженных продуктов (исчисляемой месяцами и годами), в остальных — хранение, как правило, кратковременное.
Длительность холодильного хранения многократно превосхо дит продолжительность холодильной обработки пищевых продук тов, поэтому производственные площади и емкости, отводимые для холодильной обработки, много меньше площадей и емкостей для холодильного хранения продуктов.
По содержанию холодильное хранение также принципиально отлично от холодильной обработки.
Для осуществления холодильной обработки необходимо или отвести от продукта теплоту (охлаждение, замораживание, под мораживание), или подвести ее к нему (отепление, разморажива ние). При хранении этого не требуется.
Главная цель хранения — исключить изменение состояния про дуктов. Однако в абсолюте эта цель недостижима по той причине, что любой форме материи неизбежно присуща постоянная и не прерывная изменчивость, заключенная в самой ее природе.
Холодильное хранение продуктов питания ограничивается за медлением изменений, причем именно тех, которые ухудшают их качество. Основное средство — стабильная низкая температура хра нения, но немаловажную роль играют и другие средства.
Иногда при хранении ставится задача не просто затормозить изменения, но и направленно их регулировать, например при со зревании сыров, выдержке охлажденного мяса в целях размягче ния. При этом выбирают режимы хранения, наиболее благоприят ные для развития необходимых изменений, и холодильное хране ние становится производственным, технологическим процессом.
Температура хранения большинства охлажденных продуктов на ходится в пределах +2...-2°С. Растительные продукты, содержа щие жиры, хранят при более высокой температуре.
При хранении охлажденных продуктов не прекращаются раз витие микрофлоры и ферментативные процессы.
Охлажденные продукты обычно не упакованы герметично, поэтому с их поверхности происходит испарение влаги в воздух камеры. Чрезмерно высокая влажность воздуха и местные застои его создают опасность развития микрофлоры, что недопустимо. Чтобы избежать этого, применяют воздушную систему охлаждения, а продукт размещают так, чтобы было достаточное движе ние воздуха во всем объеме камеры. Скорость движения воздуха от 0,1 до 0,5 — 0,8 м/с.
Рекомендуемая относительная влажность воздуха находится в пределах 75 — 90 % для различных продуктов. При такой влажнос ти и скорости движения воздуха усушка незначительна.
Таким образом, температура, относительная влажность и ско рость движения воздуха — основные параметры, обеспечиваю щие благоприятные условия хранения продуктов.
В условия хранения можно включить дополнительные факто ры — применение антибиотиков, антиокислителей, ультрафио летовое облучение, озонирование, радиоактивное облучение, гер метичную упаковку, газовые среды (азот, углекислый газ) и др.
При хранении замороженных продуктов температура достаточно низкая, обеспечивающая гораздо более сильное торможение жиз недеятельности микрофлоры и ферментативных процессов, чем при охлаждении. Поэтому основной регулируемый параметр — тем пература продукта.
Допустимая температура для хранения замороженных продук тов -12 °С, а рекомендуемая -18°С и ниже. Обычно при их хране нии не создают побудительное движение воздуха («тихое охлаж дение», так как возникают большие потери (усушка) продукта).
Относительная влажность воздуха в камерах хранения мороже ных продуктов не регулируется искусственно, а устанавливается обычно самопроизвольно на уровне от 95 до 100 %.
15.2. Условия хранения скоропортящихся продуктов
Существуют общие принципы выбора режимов хранения ох лажденных и замороженных продуктов и некоторые требования к холодильным сооружениям и системам охлаждения камер хране ния, вытекающие из этих принципов.
Во-первых, строгое постоянство и равномерность поля режим ных параметров, поддержание оптимальных режимов постоянны ми во всем объеме холодильных камер в течение всего времени хранения. Если меняются какие-либо внешние условия, воздей ствующие на режимные параметры в камере, то их необходимо компенсировать таким образом, чтобы режим не нарушался. Пол ностью соблюдать этот принцип невозможно, поэтому стремятся тому, чтобы отклонения от заданного режима были минимальны. В наибольшей степени этого можно добиться при совершенной теплоизоляции и автоматическом регулировании работы охлаждающих устройств.
Во-вторых, сокращение всякого рода теплопритоков в камеры хранения. Это внешние теплопритоки, которые уменьшаются, когда надежна теплоизоляция камеры, и внутренние, которые могут образовываться при внесении теплого груза, открывании дверей и вследствие других причин подобного рода. Теплопритоки нарушают температурный режим, могут влиять на величину от носительной влажности, создают неравномерность поля режим ных параметров.
Общими обязательными условиями хранения скоропортяще гося продукта независимо от того, как долго он будет находиться в холодильнике, являются следующие:
доброкачественность продуктов, поступающих на хранение (хо лод только замедляет или приостанавливает развитие микроорга низмов);
содержание камер в чистоте; необходимо возможно чаще про водить дезинфекцию холодильных камер и тщательную их уборку; поддержание в холодильных камерах необходимых температур, относительной влажности, скорости циркуляции воздуха и его вентиляции;
правильные размещение и укладка скоропортящихся продук тов при холодильном хранении;
строгое соблюдение принципов товарного соседства.
Доброкачественность продуктов, поступающих на хранение. При ем продуктов осуществляют при поступлении их на холодильник в соответствии с требованиями действующих инструкций, поло жений, стандартов, технических условий и других документов.
Сопроводительные документы (вагонные и контрольные тем пературные листы, санитарные и ветеринарные свидетельства, удостоверения о качестве, сертификаты, спецификации и наклад ные отправителей) проверяют до разгрузки холодильного транспорта. При отсутствии одного или нескольких документов делают соответствующую запись в приемном документе. Перед началом разгрузки тщательно проверяют состояние пломб, люков, затем приступают к приемке по количеству и качеству.
Грузы с различными дефектами размещают в специальной камере для кратковременного хранения (камера дефектных грузов). Тару и упаковку проверяют на соответствие требованиям стандарта и санитарному состоянию. Все продукты в неисправной таре отсортировывают, а массу нетто определяют взвешиванием после освобождения тары.
Любые продукты (5 — 10 % партии) тщательно осматривают и в зависимости от результатов проверки определяют их дальне шее назначение. Принятые продукты немедленно передают на холодильную обработку или хранение.
В зависимости от вида контроля продукты, поступающие на холодильник, подразделяют на две группы: продукты, подлежа щие товароведческо-технологическому и ветеринарно-санитарному контролю (мясо и мясопродукты, птица, яйца, меланж, яичный порошок, жир-сырец, шпик, топленый животный жир, консервы мясные и мясорастительные); продукты, которые подлежат технологическому и товароведческому контролю (масло сливочное, маргарин, кисломолочные продукты, сыр, молоко сгущенное, рыба и рыбные продукты).
Качество продуктов первой группы оценивают до поступления Б камеры, в процессе холодильной обработки и после ее оконча ния. При их хранении необходимо выполнять следующие правила: строго выдерживать температурно-влажностный режим, правиль но размещать продукты на хранение и определять его продолжи тельность. Осмотр мороженых продуктов первой группы в целях определения условий хранения и состояния качества проводят ежемесячно, охлажденных — ежесуточно. Результаты осмотра оформляют соответствующими актами.
Качество продуктов второй группы оценивают при приемке, холодильной обработке и хранении технологи и товароведы. Ре зультаты анализов качества продуктов и условий хранения отра жают в журнале или вносят в память компьютера.
Санитарно-гигиенические условия содержания холодильных ка мер. Новые партии продуктов при поступлении на хранение сле дует помещать в камеры, в которых хранились подобные продук ты. Там они должны хорошо омываться охлаждающим воздухом со всех сторон, для этого их укладывают не на пол, а на подтовар ники или стеллажи. Нельзя также размещать продукты впритык к стенам и слишком плотно друг к другу, для подступа к ним надо оставлять проходы.
Температуру воздуха в камерах контролируют не менее двух раз в сутки, относительную влажность — раз в сутки (в камерах хра нения охлажденных и подмороженных продуктов) и раз в 10 сут (в камерах хранения мороженых продуктов). Особое внимание уде ляют поддержанию стабильности температурно-влажностного режима и санитарному состоянию камер. В случае нарушений усло вий хранения принимают меры для их устранения.
Поскольку основная причина порчи пищевых продуктов — жиз недеятельность микроорганизмов, наряду с ее подавлением действием низких температур на холодильниках применяют специальные меры: фильтрование вентилируемого воздуха, периодическую очистку и дезинфекцию воздухоохладителей, дезинфекцию камер и внутрикамерного оборудования и т.д.
Необходимость дезинфекции устанавливают на основании контроля микробной обсемененности. Для своевременного выявления микробиальной зараженности, а также проверки эффективности дезинфекции, холодильные камеры подвергают микробиологическому контролю. Периодичность этого контроля для камер с температурой воздуха -12 °С и ниже — раз в квартал, а для камер с температурой -11,9 °С и выше — два раза в квартал.
При подготовке к дезинфекции камера должна быть полнос тью освобождена от продуктов и отеплена до температуры не ниже 5°С, но так, чтобы при этом не произошло отпотевания стен и потолка. После отепления приступают к ее промывке, побелке и дезинфекции.
Эффективные средства для дезинфекции холодильных камер — антисептол (2,5 части хлорной извести с содержанием 25 % ак тивного хлора и 3,5 части кальцинированной соды на 100 частей воды) и оксидифенолят натрия (препарат Ф-5), который исполь зуют при температуре в камере выше -4 °С (особенно губительно действует на плесени).
Состояние стен и потолка камеры после дезинфекции и по белки считается хорошим в отношении снижения микробной обсемененности при содержании микробных зародышей на 1 см2 до 100, а удовлетворительным — до 1000 и плохим — свыше десят ков тысяч.
В камерах, оснащенных системами кондиционирования возду ха, особое внимание следует обращать на чистоту, поскольку при нудительное движение воздуха способствует распространению мик роорганизмов. В таких камерах следует проводить фильтрацию воз духа.
Для поддержания требуемого санитарного состояния эффек тивно применение озонирования и УФ-облучения. Озонирование камеры в течение 72 ч при концентрации озона в воздухе 15— 25 мг/м3, температуре 0 °С и относительной влажности 90 % обеспечивает полную очистку ее от микроорганизмов. Такой же эф фект достигается при применении УФ-облучения (3 ч в сутки мощ ностью 1 Вт/м3 помещения).
Очень эффективен применяемый за рубежом метод Synergolux, объединяющий воздух, озон и УФ-облучение для дезинфекции, дезинсекции, стерилизации и консервирования.
Санитарное состояние производственных и складских помещений, территорий, оборудования и инвентаря на холодильниках контролируют органы Государственного санитарного надзора ведомственной санитарной и ветеринарной служб. Контроль проводят при приемке продуктов, в процессе их термической обработки, хранении и выпуске с холодильника.
Температурно-влажностный режим и скорость движения воздуха в камере хранения зависят от вида продукта, его состояния, тар способа и плотности укладки, степени загрузки камеры и т. д.
Учитывая специфику последующего холодильного хранения особое внимание уделяют соблюдению температурного режима при транспортировании (по регистрации температуры, темпера турным индикаторам на грузе и др.); температуре воздуха в транспортном средстве перед выгрузкой продуктов; температуре про дуктов (для продуктов животного происхождения).
Во время выгрузки мяса из транспортных средств в каждой поступившей партии измеряют температуру мяса в толще мышц бедра или лопатки на глубине 6 — 8 см от поверхности стеклян ным термометром в металлической оправе, который погружают в толщу продукта на 10 мин, либо переносным полупроводнико вым измерителем температуры типа ПИТ, предназначенным для быстрого определения температуры как на поверхности, так и в толще продукта.
Для измерений отбирают среднюю пробу из среднего и верх него рядов штабеля: мяса и мясопродуктов в блоках — не менее четырех мест, про чих продуктов — не менее двух мест (единиц упаковки).
В случае поступления полностью оттаявших продуктов число мест измерения увеличивают до 10, причем пробы отбирают в нижнем, среднем и верхнем рядах штабеля. В приемных докумен тах указывают среднюю температуру поступившей партии продуктов.
Перед загрузкой камеры инвентарь, тару и транспортные сред ства приводят в надлежащее санитарное состояние, при необхо димости дезинфицируют.
Размещение и укладка скоропортящихся продуктов при холо дильном хранении. Перед размещением и укладкой продуктов ве теринарная служба холодильника, которую возглавляет главный (старший) ветеринарный врач, осуществляет ветеринарно-санитарную экспертизу продуктов животного происхождения.
Работники ветеринарной службы имеют право не допускать на хранение недоброкачественные продукты, требовать срочной ре ализации продуктов, срок хранения которых истек, запрещать погрузку пищевых продуктов на транспорт, не отвечающий санитарным требованиям.
Санитарный контроль на холодильнике осуществляет ведом ственная санитарная служба. Санитарный врач имеет право не принимать на хранение недоброкачественное сырье и запретить выпуск с холодильника непригодных в пищу продуктов. Указания санитарного врача по вопросам санитарно-гигиенического режима обязательны для работников холодильника.
В зависимости от вида продукта охлаждаемые помещения подразделяют на камеры хранения мяса, масла, яиц, жира, субпродуктов, колбас и т.д.
Совместное хранение продуктов в одной камере допускается только при крайней необходимости (например, при угрозе порчи продуктов, принятых холодильником и находящихся вне холодильных камер, при недостатке холодильной площади и маневрировании в целях более полного использования холодильной площади). При этом хранить в одной камере можно только продукты, для которых требуется одинаковый температурно-влажностный режим. Для совместного хранения неупакованных мороженых продуктов следует использовать камеры с температурой воздуха не выше -15 °С. При более высокой температуре запахи, при сущие продуктам, становятся интенсивнее и легче передаются от одного продукта другому. Продукты с более высокой температу рой подлежат перед закладкой на совместное хранение домораживанию в камерах замораживания. Домораживание в камерах сов местного хранения не допускается.
Не разрешается совместное с другими продуктами хранение колбасных изделий и мясокопченостей, сыров всех видов, фруктов и овощей (свежих и замороженных), дрожжей хлебопекарных.
Продукты поступают на холодильное хранение в охлажденном, замороженном и подмороженном состоянии со средней конеч ной температурой, равной температуре хранения. Продукты, при бывшие на холодильник с температурой в толще выше установленной, направляют на доохлаждение и домораживание.
Технологическими инструкциями допускается загрузка и отеп ленных продуктов, но при этом суточное поступление груза огра ничивается в камеры хранения грузовой вместимостью до 200 т 8 % вместимости, более 200 т — 6 % вместимости.
Режимы холодильного хранения. В холодильной технологии хра нения продуктов различают три основных режима: для охлажден ных, подмороженных и замороженных продуктов. Общие прин ципы хранения — это обобщение технологии хранения различ ных по свойствам продуктов.
Охлажденные продукты хранят при температуре воздуха на 0,5 — 2 °С выше криоскопической, относительной влажности 85 — 90 %; скорости движения воздуха 0,1 —0,2 м/с. В зависимости от вида, характера и наличия упаковки их укладывают неполными штабелями (с учетом нагрузки на 1 м2 камеры) с прокладкой реек между рядами, подвешивают на крючьях подвесных путей или раскладывают на стеллажах с таким расчетом, чтобы воздух свободно циркулировал вокруг них.
Подмороженные продукты хранят при температуре воздуха на 1 — 2 °С ниже криоскопической, относительной влажности 92 —95 % и скорости движения воздуха 0,1—0,2 м/с. Подмороженные мясо, рыбу и птицу хранят в два-три раза дольше, чем охлажденные.
Режим хранения мороженых продуктов устанавливают в зави симости от их вида, упаковки, требуемого срока хранения. Согласно рекомендации Международного института холода замороженные продукты следует хранить при температуре не выше -18 °С и относительной влажности воздуха 100 %. Замороженные продукты укладывают плотными рядами, чтобы исключить циркуляцию воздуха внутри штабеля. Камеры хранения загружают однородны ми продуктами или с одинаковым режимом (желательно и сро ком) хранения.
Многие проблемы решаются на современных автоматизиро ванных, роботизированных холодильниках при хранении упако ванных и фасованных продуктов в контейнерах, в пакетах, на полетах.
15.3. Общие изменения продуктов в процессе хранения
Общие изменения продуктов в процессе хранения — потеря массы, изменение внешнего вида, химического состава, консис тенции.
При хранении охлажденных и мороженых продуктов в резуль тате испарения влаги с их поверхности уменьшается масса, изме няется внешний вид.
У мороженых продуктов испарение влаги с поверхности вызы вает при длительном хранении образование разной толщины обез воженного слоя. Пористая структура этого слоя способствует ак тивизации в нем окислительных процессов. В результате ухудша ются вкус, цвет и внешний вид продукта. При оттаивании такого продукта обезвоженный слой частично восполняет потерянную влагу, но вкус и пищевая ценность не могут быть восстановлены в силу происходящих необратимых изменений.
Интенсивность испарения влаги зависит от многих причин: динамических свойств воздуха, вида, состояния и размеров про дукта, рода упаковки, способа укладки груза и места его располо жения в камере, загруженности камеры, системы охлаждения, теплопритоков и т.д. Испарение увеличивается с повышением тем пературы и уменьшением относительной влажности воздуха.
Температурно-влажностный режим воздуха камер хранения в летние и зимние месяцы значительно различается. Практика хра нения продуктов на современных холодильниках показала, что усушка их в значительной степени зависит от температуры наруж ного воздуха или от внешних теплопритоков через наружные ог раждения. Эта зависимость отражена в действующих нормах есте ственной убыли по зонам.
Наиболее низкая температура в камере устанавливается вблизи приборов охлаждения, наиболее высокая — у наружных стен. На личие в камере поверхностей с разной температурой (холодные батареи и относительно теплые наружные стены) вызывает дви жение воздуха. Охлаждаясь у батарей, воздух достигает точки росы и осушается. Влага оседает на батареях в виде снеговой шубы. За тем воздух проходит некоторый путь к наружной стене, нагрева ется, при этом его относительная влажность понижается. При движении дальше по камере воздух омывает продукты, поглощает влагу с их поверхности, а затем, попадая на охлаждающие батареи, снова осушается. Снеговая шуба при этом увеличивается. Повышение температуры наружного воздуха вызывает увеличение влагоемкости воздуха (за счет внешних теплопритоков), а следо вательно, более интенсивное испарение влаги из продуктов и рост снеговой шубы на батареях.
В небольших камерах влияние теплопритоков на величину усуш ки значительнее, чем в больших.
Усушка продукта происходит главным образом с наружных частей штабеля и с уменьшением относительной поверхности ста новится меньше.
Испарение из внутренних слоев штабеля зависит от плотности его укладки. Чем плотнее укладка и больше размеры штабеля, тем меньше усушка. Она зависит не только от внешних условий хране ния, но и от состояния продукта, величины его поверхности, химического состава. Влажная поверхность и большое содержание влаги вызывают большую усушку продукта.
Величина усушки зависит от отношения площади поверхности продукта к его массе: чем больше это отношение, тем она значи тельнее.
Мелкофасованные продукты имеют большую поверхность на единицу массы по сравнению с крупными, следовательно, и усуш ка первых больше.
Для сокращения потерь при хранении изучают причины, вы зывающие испарение. Основные из них следующие:
поступление теплоты в камеру от наружных стен и других ис точников путем конвекции и излучения;
испарение влаги с поверхности продукта за счет теплоты, по лученной им путем конвекции и излучения;
поступление влаги в камеру с наружным воздухом от увлажни телей при испарении ее с поверхности замораживаемого продукта;
конденсация влаги на поверхности охлаждающих приборов за счет теплоты, получаемой из камеры путем конвекции и излучения.
При расчетах величины усушки замороженных продуктов во время хранения можно пользоваться формулой, полученной из уравнения баланса теплоты, необходимой для испарения влаги с поверхности продукта, и теплоты, полученной продуктом из окружающего воздуха.
Если выразить массу испарившейся влаги g (%) относительно общей массы продукта, получим уравнение,
g = F (tв-tn) 100 / (LG),
где — коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2 · К); F — общая поверх ность продукта или поверхность испарения, м2; — продолжи тельность процесса, ч или с; (tв - tn) — разность температур воздуха и поверхности продукта, °С или К; L — удельная теплота испарения воды, Дж/кг; G — масса продукта, кг.
Большие потери пищевых продуктов при хранении побуждают систематически искать пути к уменьшению усушки, в частности совершенствовать внешние условия хранения, защищать от взаи модействия с окружающим воздухом. Первое достигается подбором изоляции; расположением камер с низкой температурой в окружении холодильных помещений; применением системы вне-камерного охлаждения (охлаждение воздуха между двойными сте нами обеспечивает поглощение теплоты, проникающей через изо лированную стену, что уменьшает до минимума конвективное движение воздуха в камере).
Существенно влияют на температурный и влажностный режи мы в камере размер поверхности приборов охлаждения и распо ложение их в камере.
Количество теплоты Q, поглощаемой охлаждающими прибо рами в единицу времени, пропорционально площади поверхнос ти охлаждения S и разности температур между температурой воз духа камеры tB и температурой поверхности батареи t0:
Q = S(tB - t0).
С увеличением разности (tB - t0) усиливаются циркуляция воз духа, испарение влаги из продукта и выпадение ее в виде инея на трубах.
Для уменьшения усушки необходимо устанавливать в камерах хранения батареи с относительно большой поверхностью. Но и рациональное их размещение в камере также имеет большое зна чение. Расположение батарей в камерах должно удовлетворять ос новному требованию — создавать равномерное и постоянное тем пературное поле.
Эффективная мера борьбы с усушкой — укрытие штабеля плот ной тканью (брезентом), а также сооружение экрана перед бата реей с намораживанием на нем льда. Под оболочкой из брезента, снега или льда воздух насыщается влагой, испарившейся из продукта, и в силу того что движение ее к приборам охлаждения значительно затруднено, испарение вскоре существенно сокра щается.
Применение синтетических упаковочных материалов, газо- и водонепроницаемых, сводит потери продукта к минимуму.
Хороших результатов можно достичь при глазировании про ектов.
При хранении мороженых продуктов происходит процесс перекристаллизации. Эти изменения сводятся к увеличению разме нов кристаллов, уменьшению их числа, скоплению в межклеточных и межволоконных пространствах. Основной причиной перекристаллизации является колебание температуры окружающей среды. Таким образом, в неблагоприятных условиях хранения нарушается мелкокристаллическая структура, образовавшаяся в про цессе быстрого замораживания.
При хранении изменяются цвет, консистенция продукта, про исходят биохимические изменения. Все это в значительной степе ни зависит от вида продукта.
15.4. Изменение состава и свойств плодов и овощей
При охлаждении и последующем хранении в плодах и овощах происходят микробиологические, биохимические, химические, физические процессы, вызывающие изменения состава, свойств и в конечном итоге товарного вида, а также потребительских достоинств плодоовощной продукции. При этом наиболее важное значение (по быстроте и масштабам порчи) имеют микробиоло гические процессы.
Необходимым условием развития микроорганизмов является наличие в продукте или на его поверхности воды в доступной для них форме. Потребность микроорганизмов в воде может быть вы ражена количественно в виде активности воды, которая зависит от концентрации растворенных веществ и степени их диссоци ации.
Развитие микрофлоры при понижении температуры резко тор мозится, причем тем больше, чем ближе температура к точке за мерзания тканевой жидкости продукта. Эффект влияния пониже ния температуры на микробную клетку обусловлен нарушением сложной взаимосвязи метаболических реакций в результате раз личного уровня изменений их скоростей и повреждением молеку лярного механизма активного переноса растворимых веществ че рез клеточную мембрану. Наряду с этим происходит изменение и качественного состава микроорганизмов. Некоторые группы их раз множаются и при низких температурах, вызывая заражение трав мированных при уборке и транспортировке плодов и овощей. За тем инфекция распространяется и на здоровые, неповрежденные плоды и овощи.
Особенно опасны болезни, возникающие в поздний период вегетации, поскольку на хранение могут быть заложены больные плоды и овощи, что приводит к инфицированию всей товарной массы. Наиболее распространенные болезни — черная плесневидная и мокрая бактериальная гнили. Благодаря наличию плотной оболочки, покрытой воском, плоды более устойчивы к действию патогенной микрофлоры, чем овощи.
На интенсивность развития микробиологических процессов влияет влагосодержание поверхностных слоев продукта. Испаре ние влаги с поверхности в процессе охлаждения плодов и овощей не компенсируется миграцией воды из внутренних слоев, что приводит к увеличению концентрации растворенных компонентов и понижению активности воды и, как следствие, к подавлению жизнедеятельности микроорганизмов. Уровень снижения влагосодержания зависит от степени гидрофильности клеточных коллои дов, анатомического строения и состояния покровных тканей, условий и режимов холодильной обработки, степени зрелости, упаковки, способов и сроков хранения, интенсивности дыхания и других факторов.
Различные виды и сорта плодов и овощей неодинаково устой чивы к микробиологическим заболеваниям, что определяется их восприимчивостью к последним, проявляющейся в результате непосредственного контакта продуктов с фитопатогенными мик роорганизмами.
Большая или меньшая устойчивость плодов и овощей к микро организмам или полная невосприимчивость, основанная на не совместимости растительного организма и паразита, — наслед ственный признак, который регулируется генетическим аппара том организма. Микроорганизмы обладают высокой адаптацией к защитным механизмам плодов и овощей, которые по мере созре вания теряют иммунитет.
Устойчивость плодов и овощей к заболеваниям при хранении определяется многими взаимосвязанными биологическими фак торами: анатомическим строением, образованием раневой пери дермы, выделением бактерицидных веществ, реакцией сверхчув ствительности, характером внутриклеточного обмена и главным образом дыхания. При хранении в результате дыхания происходит распад сложных органических веществ, накопленных плодами и овощами во время их роста и формирования, до более простых, сопровождающийся выделением энергии и испарением влаги.
В разные периоды роста и развития плодов и овощей характер их дыхания неодинаков. Наиболее высокая его активность наблю дается в период созревания, особенно на первых этапах роста, затем она снижается и через некоторое время снова повышается. В период созревания (при хранении) в яблоках, грушах, бананах, томатах, дынях наблюдается интенсивный подъем дыхания (климактерис), затем спад. В следующий период плоды перезревают и становятся менее устойчивыми к заболеваниям.
В охлажденных плодах и овощах в периоды дозревания и созре вания происходят изменения окраски, вкуса, аромата, консис тенции, в результате чего формируются их высокие потребитель ские достоинства. Периодам дозревания и созревания плодов и овощей соответствуют предклимактерический (с низким уровнем дыхания) и климактерический (с максимальным уровнем дыха ния) периоды.
Пониженные температуры тормозят интенсивность климактерического подъема дыхания, растягивая его во времени, способствуют удлинению сроков хранения. Состояние климактерия - это поворотный пункт в жизни плода, когда его развитие и созре вание уже закончены, а разрушение еще не началось. В посткли мактерический период (интенсивность дыхания снижается) в пло дах начинаются необратимые изменения.
Климактерический подъем дыхания протекает у разных плодов неодинаково и отражает скорость их созревания. Так, у яблок и груш он длится несколько недель, у бананов — от 1 до 3 сут, а у апельсинов и лимонов он отсутствует вообще.
Вегетативные овощи с наступлением конца лета — началом осени переходят в состояние покоя, т.е. естественного приспо собления к неблагоприятным условиям внешней среды. Происхо дит временная приостановка, задержка всех жизненных процес сов, причем продолжительность состояния покоя у отдельных видов и сортов овощей различна.
В состоянии естественного покоя возникают внешне не прояв ляющиеся специфические изменения, без которых невозможен последующий переход растения к активной жизни. При неблаго приятных условиях хранения растения могут перейти в состояние вынужденного покоя.
Для сохранения овощей необходимо создать условия для пред отвращения прорастания, т.е. обеспечить длительное и устойчи вое состояние естественного и вынужденного покоя. Длительность и глубина покоя регулируются фитогормонами и природными ингибиторами роста.
При переходе овощей в состояние покоя интенсивность дыха ния уменьшается, в результате происходят сложные изменения в протоплазме клеток: клетка обогащается жирами и фосфолипидами, гидрофильность коллоидов снижается, оводненность уменьшается, проницаемость клеточной оболочки понижается.
В конце хранения (весной) дыхание вегетативных овощей воз растает в связи с начавшимися процессами прорастания (оконча нием периода покоя и переходом к генеративной стадии разви тия). К моменту окончания периода покоя в овощах понижается содержание ингибиторов и возрастает действие стимуляторов ро ста, которые усиливают интенсивность дыхания, активизируются гидролитические и окислительные процессы. При повышении ферментативной активности покоящихся тканей используются запасные вещества, являющиеся источниками энергии, и плас тические соединения в процессе биосинтеза новых клеток и тка ней проростка. Энергия связи воды с компонентами клеток умень шается, доля более подвижной воды увеличивается, устойчивость запасающих тканей к фитопатологическим заболеваниям и их способность к синтезу защитных соединений ослабевают. По мере развития процессов роста снижается содержание питательных веществ в овощах.
Процесс дыхания — довольно сложный и протекает через ряд промежуточных превращений веществ с участием ферментов. При аэробном дыхании происходит поглощение кислорода, сопровож дающееся (при участии тканевых ферментов) окислением орга нических веществ с последующим выделением углекислого газа, воды и энергии. Плоды и овощи в первую очередь расходуют угле воды, затем органические кислоты, азотистые, пектиновые, ду бильные вещества, гликозиды и др. По мере изменения дыхатель ного субстрата изменяется и дыхательный коэффициент (ДК), определяемый как отношение объема выделенного СО2 к объему поглощенного О2. Величина дыхательного коэффициента зависит от многих причин, в том числе и от доли сахаров и кислот, вовле каемых клеткой в процесс дыхания.
Энергия, выделяемая при дыхании плодов и овощей, частич но используется клеткой для обменных реакций и на процесс ис парения, запасается в виде химически связанной энергии в АТФ, а также в большом количестве уходит в воздух камеры в виде теп лоты.
При усилении анаэробных процессов возрастают количество СО2 и величина ДК, энергии при этом выделяется значительно меньше, чем при аэробном дыхании. Для обеспечения себя необ ходимой энергией плоды и овощи вынуждены увеличить расход дыхательного субстрата, что ведет к потере массы.
Интенсивность дыхания зависит от вида, сорта плодов и ово щей, степени их зрелости, газового состава тканей и среды, тем пературы и др.
Замедление скорости внутриклеточных реакций при понижен ных температурах приводит к снижению интенсивности дыхания. Однако в результате испарения воды оно может возрастать, при чем интенсивность испарения влаги зависит не только от пара метров охлаждающей среды, но и от объекта. Значительные раз меры паренхимных клеток и межклетников, небольшая толщина покровных клеток определяют интенсивность испарения воды плодов и особенно овощей.
Испарение влаги при хранении плодов и овощей нарушает нор мальное течение обмена веществ в тканях, вызывает ослабление тургора и увядание. Последнее происходит, как правило, не по всей поверхности плода и овоща, а только на отдельном участке (со слабой покровной тканью). Так, морковь начинает увядать с конца корня, яблоки и груши — с участка около чашечки. Увя дание ускоряет процессы распада содержащихся в клетках ве ществ, увеличивает их расход на дыхание, нарушает энергети ческий баланс.
Под влиянием охлаждения изменяются вязкость и подвижность Протоплазмы, что приводит к нарушению ее структуры, тем са мым снижается жизнеспособность клетки.
Для сохранения нормальной жизнедеятельности плодов и овощей при одновременном максимальном понижении интенсивно сти процессов обмена температура должна быть достаточно низ кой, но не ниже физиологических возможностей, определяемых видовыми особенностями организма, а во избежание подморажи вания — как минимум на 1 °С превышать криоскопическую тем пературу продукта.
При резком понижении температуры может возникнуть час тично разобщение дыхания, в результате возрастет тепловыде ление.
В процессе холодильного хранения плодов и овощей происхо дит существенное изменение углеводов, пектиновых веществ, ви таминов, которые в значительной степени определяют пищевую ценность этих продуктов. Особенно значительные изменения на блюдаются в углеводах, которые расходуются клетками в процес се жизнедеятельности в период послеуборочного дозревания. Со держание крахмала в некоторых плодах и овощах уменьшается вследствие его ферментативного осахаривания. Общее количе ство сахаров при этом возрастает, а затем начинает снижаться, так как расходуется на дыхание. В некоторых культурах крахмал при хранении синтезируется (фасоль, сахарная кукуруза, овощ ной горох и др.).
При хранении картофеля в клубнях с понижением температуры в определенных пределах происходит накопление сахаров, а при повышении ее возрастает синтез крахмала из сахаров, что связано с активностью ферментов, катализирующих прямую и обратную реакции и имеющих различный температурный оптимум.
В процессе хранения количество сахарозы, протопектина, гемицеллюлоз, органических кислот обычно снижается, а раство римого пектина увеличивается. В результате перехода части прото пектина в пектин твердость плодов уменьшается. Скорость пре вращения углеводов, а также характер их изменений зависят от вида и сорта плодов, степени зрелости, условий хранения и дру гих факторов.
Существенное влияние на качество и сохраняемость плодов оказывают превращения в пектиновом комплексе. По мере ста рения плодов растворимый пектин распадается до полигалактуроновой кислоты и метилового спирта, в результате проис ходят разрыхление тканей, отравление клеток, возникают функ циональные расстройства. Содержание полифенолов в плодах и овощах за счет гидролиза быстро снижается, образуется мно жество других соединений, что отражается на вкусе и аромате продуктов.
Во время хранения изменяется витаминный состав плодов и овощей. Наибольшим изменениям (особенно в период перезрева ния) подвергается витамин С. Наименьшие потери витамина С у цитрусовых. С понижением температуры хранения потери витами на С уменьшаются. В процессе хранения увеличивается количество каротиноидов, а количество хлорофилла снижается.
На качество продуктов в период охлаждения и хранения влия ет взаимодействие с внешней средой: возникает тепло-, влаго- и газообмен, интенсифицируются процессы окисления кислородом воздуха.
Режим хранения охлажденных продуктов растительного про исхождения должен обеспечивать условия, определяемые есте ственным иммунитетом, при максимальном снижении интенсив ности биохимических процессов и подавлении развития микро флоры (табл. 5).
Таблица 5
Рекомендуемые режимы и продолжительность холодильного хранения некоторых плодов и овощей (по данным Н. А. Моисеевой и И. Л. Волкинда)
|
Плоды и овощи
|
Температура, °С
|
Относительная влажность воздуха, %
|
Срок хранения, мес
|
|
Абрикосы
|
-0,5
|
90
|
До 1
|
|
Айва
|
0
|
90
|
2
|
|
Апельсины:
|
2
|
85-90
|
2-4
|
|
желтые
|
3-4
|
85-90
|
До 5
|
|
недозрелые
|
5-6
|
85-90
|
До 5
|
|
Бананы:
|
|
|
|
|
зеленые
|
14-16
|
85-90
|
10 — 20 дней
|
|
зрелые
|
13-14
|
85-90
|
5 — 10 дней
|
|
Виноград
|
0...-2
|
85-90
|
1-6
|
|
Гранаты
|
-1...-2
|
90
|
2-3
|
|
Груши:
|
|
|
|
|
летние
|
-0,5
|
90
|
До 1
|
|
зимние
|
-1...-2
|
90
|
4-5
|
|
Дыни
|
0-1
|
85-90
|
2-3
|
|
Яблоки:
|
|
|
|
|
летние
|
1-3
|
85-90
|
До 1
|
|
зимние
|
0...-2
|
85-90
|
5-8
|
|
Арбузы
|
2-3
|
85-90
|
До 2
|
|
Баклажаны
|
7-10
|
85-90
|
До 10 дней
|
|
Зеленый горошек
|
-0,5...0
|
85-90
|
1 — 3 нед
|
|
Зеленые овощи (салат, шпинат, лук)
|
0
|
90-95
|
5 — 10 дней
|
|
Кабачки
|
0-4
|
85-90
|
До 2
|
|
Капуста белокочанная:
|
|
|
|
|
ранняя
|
0...-0,5
|
85-90
|
До 1
|
|
поздняя
|
+0,5...-1
|
85-90
|
6-8
|
|
Картофель:
|
|
|
|
|
ранний
|
3-4
|
85-90
|
2 нед
|
|
поздний
|
3-4
|
85-90
|
4-8
|
|
Лук репчатый
|
-2
|
70-75
|
4-8
|
|
Морковь
|
0...-0.5
|
90-95
|
4-6
|
|
Патиссоны
|
0
|
90-95
|
2-4
|
|
Перец стручковый:
|
|
|
|
|
острый
|
7-10
|
85-90
|
1
|
|
сладкий
|
0-1
|
85-90
|
8 — 10 дней
|
|
Петрушка
|
0-1
|
85-90
|
1-2
|
|
Редис
|
0
|
90-95
|
3 нед
|
|
Свекла
|
0
|
90-95
|
3-5
|
|
Томаты:
|
|
|
|
|
зеленые
|
11-13
|
85-90
|
3-4 нед
|
|
бурые
|
1-2
|
85-90
|
До 1
|
|
красные
|
0
|
90-95
|
До 2 нед
|
|
Тыква
|
10-13
|
70-75
|
2-6
|
|
Хрен
|
0...-1
|
90-95
|
До 10
|
|
Чеснок
|
0...-1,5
|
70-75
|
6-7
|
Необходимо осуществлять контроль за соблюдением техноло гического режима хранения, качеством и сохранностью плодов и овощей.
Температуру, относительную влажность и скорость движения воздуха контролируют и регистрируют в течение всего периода хранения. На современных холодильниках контроль за режимом и параметрами хранения осуществляется автоматически с приме нением ЭВМ.
Плоды и овощи, которые хранят в холодильниках, размещен ных в местах сбора, направляют непосредственно на реализацию или на распределительные холодильники в местах потребления. При этом очень важно при перегрузке и транспортировании со блюдать непрерывность холодильной цепи.
Некоторые плоды и овощи (груши, томаты и др.) в процессе хранения не дозревают, поэтому за несколько суток до реализа ции их переносят в помещение с усиленной циркуляцией воздуха (при температуре 18 — 20 °С и относительной влажности 90 %). Переборку, сортировку, перетаривание плодов и овощей из сани тарных соображений также целесообразно проводить в специаль ных помещениях.
В целях поддержания оптимального температурно-влажностного режима, сохранения качества продукции и экономичности хра нения рекомендуется:
максимально ограничивать теплопритоки в камеры, сокращать сроки их загрузки, поддерживать равномерность температурного поля;
вентилировать камеры летом в ночные часы, зимой — в дневные;
использовать тару с равновесной влажностью, соответствую щей параметрам воздуха в камере;
хранить плоды и овощи со слабой водоудерживающей способ ностью в камерах меньшей вместимости;
камеры длительного хранения загружать полностью;
экранировать штабеля в частично загруженной камере или пе регружать продукцию в камеру меньшей вместимости;
соблюдать правила хранения различных групп плодов и ово щей, не допуская совместного хранения продукции, требующей разного температурно-влажностного режима.
Определяющим фактором сохранения высоких потребительских свойств замороженных плодов и овощей является температурный режим. Понижение температуры уменьшает потери массы и ин тенсивность необратимых изменений их качества.
Стойкость продуктов растительного происхождения к микро организмам при хранении в значительной степени зависит от их первоначальной зараженности. Важное значение имеет постоян ство температурно-влажностного режима, так как даже незначи тельные его колебания приводят к перекристаллизации в тканях и сублимации влаги.
Оптимальным режимом хранения замороженных плодов и ово щей являются температура -18 °С и относительная влажность воздуха 95 — 98 %.
15.5. Условия хранения продуктов животного происхождения
Хранение охлажденных продуктов. Охлажденное мясо хранят при температуре воздуха 0...-1 0С, его умеренной циркуляции (0,1 — 0,2 м/с) и относительной влажности 85 — 90 %. Охлажденные по лутуши размещают в камерах хранения на подвесных путях на расстоянии 3 — 5 см одна от другой.
При хранении должно быть обеспечено равновесное состояние теплообмена между мясом и внешней средой, однако достичь это го трудно, так как при испарении воды с поверхности возникает психометрическая разность температур, определяющая теплопереход от внешней среды к продукту и непрекращающийся тепло-, влагообмен. Поэтому в камерах хранения циркуляция воздуха дол жна быть минимальной, но достаточной для того чтобы избежать застоев, способствующих развитию плесеней.
Рекомендуется разные виды мяса хранить раздельно.
Сроки хранения охлажденного мяса зависят от времени года, продолжительности отдыха и состояния животного перед убоем, упитанности, степени обескровливания и санитарно-гигиеничес кого состояния туши, состояния камер холодильной обработки и хранения и т.д.
Переохлажденное мясо с температурой по всему объему туш и полутуш от -1 до -2 °С хранят также в подвешенном виде. Допус тимые сроки хранения охлажденного мяса в воздушной среде тем пературой от 0 до -1,5 °С составляют в зависимости от вида и со стоянии мяса 7—12 дней, переохлажденного — до 17 дней.
Удлинить сроки хранения мяса можно с помощью:
предельно низких температур хранения (до -2°С);
модифицированной атмосферы (с газообразным азотом);
комбинированной газовой среды (азот и углекислый газ);
вакуумной упаковки, уменьшающей скорость окислительных процессов и ликвидирующей усушку;
консервантов и антиокислителей в упакованном и фасованном мясе;
нанесения покрытия на поверхность мяса (способом ороше ния) специальными пленкообразующими составами (ацетилированные моноглицериды); так, применяемые за рубежом пищевые покрытия («Дерматекс» и др.) представляют собой маслянистую жидкость, получаемую из растительного масла; они в сочетании с вакуумной упаковкой гарантируют сохранение цвета и свежести мяса в течение длительного времени (говядины — до 50 дней, свинины — до 24, баранины — до 70 дней).
Достаточно эффективно хранение мяса в герметичной упаков ке в атмосфере углекислого газа с невысоким избыточным давле нием (до 50 кПа) при температуре 1 0С. Низкое содержание кис лорода (до 1 %) практически исключает изменение цвета мяса, что наблюдается при хранении в углекислотных средах с относи тельно высоким остаточным давлением кислорода. При этом вы сокие потребительские свойства мяса сохраняются в течение не скольких недель.
Использование модифицированной атмосферы (20 % СО2 и 8 % О2) при хранении говяжьего фарша позволяет задерживать развитие анаэробной микрофлоры и увеличивать сроки его хране ния при температуре 2 °С до 4, а при 0 °С — до 8 дней.
Модифицированная газовая атмосфера дает возможность зна чительно увеличить сроки хранения колбасных изделий, субпро дуктов и других скоропортящихся продуктов.
Охлажденную птицу хранят в ящиках, которые укладывают в штабеля с промежутками 10 см. Температура воздуха 0...-2 °С, от носительная влажность 80 — 85 %, срок хранения не более 5 сут со дня выработки. Срок хранения мяса птицы обусловливается ак тивностью развития микроорганизмов, вызывающих ослизнение и появление неприятного запаха. Изменения белковых и липидных компонентов наступают значительно позже и практически не влияют на стойкость хранения охлажденной птицы. Упаковка в полимерные пленки позволяет снизить усушку в 10 раз, улучшить санитарное состояние продукта и повысить культуру торговли. Срок хранения такой птицы без дополнительных средств 5 — 6 сут. При менение снегообразной углекислоты, модифицированной и ком бинированной атмосферы увеличивают срок хранения охлажден ной птицы при поддержании высокого качества продукта.
Колбасные изделия (варено-копченые, полукопченые и сыро копченые колбасы) хранят в подвешенном виде или упакованны ми в деревянную, пластиковую или картонную тару.
Полукопченые колбасы хранят в подвешенном виде при тем пературе воздуха 12— 15 °С и относительной влажности 75 —78 % не более 10 сут, в ящиках при температуре не выше 6 0С не бо лее 15 сут.; варено-копченые колбасы в подвешенном виде при тем пературе воздуха 12—15 °С и относительной влажности 75 — 78 % не более 15 сут, в ящиках при температуре 0...-4 °С и влажности 75 —78 % не более 1 мес; сырокопченые при температуре 12— 15 °С, влажности 75 — 78 % не более 4 мес, а при -2...-4 °С до 6 мес.
Крупнокусковые ветчинные изделия хранят в охлаждаемых по мещениях при температуре 0 — 8 °С; вареные и варено-копченые — в подвешенном виде так, чтобы они не соприкасались друг с другом, копченые — в упаковке. Допустимые сроки хранения изделий: вареных, варено-копченых, копчено-запеченных, за печенных, жареных при температуре 0 —8 °С 5 сут; сырокопче ных при температуре 12 °С до 15 сут; при 0 — 4 °С не более 30 сут; сырокопченых нарезанных ломтиками, фасованных и упакован ных в пленки под вакуумом при температуре 5 — 8 °С 15 сут, при 15 °С 10 сут.
Мясные стерилизованные консервы хранят при температуре воз духа от 0 до 15 °С и относительной влажности не выше 75 % (опти мальная температура около 0 °С). Сроки хранения в зависимости от вида консервов от 1 года до 3 лет.
Консервы для детского и диетического питания в лакирован ных банках можно хранить при температуре 0— 15 0С до 18 мес, в банках из белой жести нелакированных — до 12 мес; остальные консервы в стеклянной и лакированной таре — до 2 лет; пастери зованные консервы при 0 —5 °С — не более 6 мес.
Охлажденную рыбу хранят в ящиках со льдом (с применением антисептиков) не более суток, в холодильных камерах при темпе ратуре 0...-2 °С и относительной влажности 90 % — не более 2 сут. Применение антисептиков (гипохлорид, пероксид водорода) и антибиотиков (биомицин, хлортетрациклин, террамицин и др.) позволяет увеличить сроки хранения в 1,5 — 2 раза. Поступившую в места потребления охлажденную рыбу следует сразу же отправ лять на реализацию или кулинарную обработку.
Слабо-, среднесоленую, пряную и маринованную рыбу хранят в заливных бочках при температуре +1 ...-1 °С и относительной влаж ности воздуха 85 —90 % 10 сут; при 4 °С 7 сут; соленую в сухотарных бочках и ящиках при +1 ...-1 0С — 3 сут; рыбу холодного копче ния, вяленые балычные изделия — при относительной влажности воздуха 75 — 80 % и температуре 0...-2 °С 7 сут, 0 — 4 °С 3 сут.
Рыбные консервы следует хранить при относительной влажно сти воздуха 75 % и температуре 0 — 20 °С в масле, 0— 10 °С нату ральные, 0 — 5 °С в томатном соусе в течение соответственно 12 — 24, 6 — 24 и 6 —18 мес.
Рыбные пресервы хранят при относительной влажности воздуха 70 — 75 % и температуре +1 ...-1 °С в течение 10 сут, 4 — 6°С 3 сут.
Сметану, упакованную в бочки, фляги и алюминиевые бидо ны, хранят при температуре 0...-2 °С и относительной влажности воздуха 80 — 85 % до 4 мес. Срок хранения сгущенных консервов в герметичной таре при температуре 0 — 10 °С и относительной влаж ности воздуха 85 % — 12 мес с момента выпуска предприятием-изготовителем, в негерметичной — 8 мес; какао и кофе со сгу щенным молоком и сахаром — 6 мес.
Сыры хранят в камерах холодильников с батарейной или воз душной системой охлаждения. В первом случае циркуляция воздуха естественная; в камерах с воздушной системой охлаждения под держивают скорость движения воздуха не более 0,4 м/с. Сыры, исключая рассольные без созревания, хранят при температуре -4...0 °С и относительной влажности воздуха 85 —90 %.
Международный институт холода рекомендует для хранения твердых сычужных сыров температуру 2 °С, сыров типа голландского 0 — 5 °С при относительной влажности воздуха 90 %. Однако оптимальной является температура хранения, близкая к криоскопической (-3 °С), при которой замедляются микробиологические и биохимические процессы, а структура сыра сохраняется. При этом потери массы снижаются в 2 — 3 раза, срок хранения увели чивается до 6 мес.
Сыры в таре (ящиках, барабанах) укладывают партиями в шта беля, между рядами прокладывают рейки или используют паке тированную укладку с применением поддонов. Между двумя шта белями ящиков или барабанов оставляют проход шириной 0,5 м.
Сыр швейцарский хранят в стопках высотой до пяти кругов в зависимости от массы. Каждую стопку укладывают на деревянный круг или поддон; сыры рассольные и брынзу — в бочках с рассо лом, которые размещают на решетках или рейках в три яруса по высоте. Сыры рассольные в таре не рекомендуется хранить в од ной камере с другими видами сыров.
Для контроля температуры, относительной влажности и ско рости движения воздуха в камерах хранения сыров используют дистанционные автоматические приборы.
В процессе хранения товароведы (технологи) холодильника ведут постоянный контроль за температурно-влажностным режи мом: температуру воздуха в камере проверяют не менее двух раз в сутки, а относительную влажность — раз в сутки. Колебание температуры допускается только во время загрузки и выгрузки сы ров при загруженности камеры от 20 до 50 % включительно — на 1 °С свыше 50 % — на 2 °С.
Товароведы холодильника тщательно контролируют качество сыров (вкус, запах, консистенцию, состояние поверхности), соблю дая следующую периодичность осмотра: при температуре 0 — 4 °С — через каждые 7 сут; -4...0°С — через каждые 10 сут; рассольные сыры — ежемесячно. В бочках проверяют наличие рассола, при необходимости его доливают или полностью заменяют. При хра нении швейцарского сыра в стопках головки переворачивают при температуре 0 — 4 °С через 8 — 10 сут, при -4...0 °С — раз в месяц.
Сыры, на которых при периодическом осмотре были обнару жены поверхностная плесень, плесень под парафиновым покры тием, подпревание корки, нарушение покрытия и др., подверга ют товарной обработке (протирка, зачистка, парафинирование), а при необходимости — мойке и сушке.
Относительная влажность воздуха при хранении плавленых и сычужных сыров при температуре 0 — 4 °С составляет 80 — 85 %, при 0 – 3 °С – 85-90%.
Яйца поступают на холодильное хранение в охлажденном виде, рассортированными, без дефектов. Загружать на хранение неохлаж денные яйца не рекомендуется, так как при этом изменяется тем пература в камере, что приводит к конденсации влаги на поверх ности охлажденных яиц и последующему быстрому развитию мик роорганизмов.
Яйца хранят в картонных коробах или деревянных ящиках. Оп тимальная температура хранения -1...-2 °С при относительной влажности воздуха 85 — 88 %. Ящики укладывают в штабеля, обес печивая достаточную циркуляцию воздуха. Срок хранения при этих условиях до 6 мес.
Понижение температуры хранения до -2 ...-2,5 °С способствует лучшему сохранению яиц, сроки их хранения при переохлажде нии удлиняются до 12 мес.
Не реже одного раза в 2 мес проводят контрольное овоскопирование яиц. При этом определяют усушку по увеличению воз душной камеры внутри яйца. На основании контроля устанавли вают срок дальнейшего их хранения.
Животные топленые жиры поступают на длительное хранение упакованными в деревянные бочки и ящики. Для их хранения от водят специальные камеры, так как они легко воспринимают по сторонние запахи. Говяжий, бараний, свиной жир в ящиках и боч ках при 0 — 6 °С хранят 1 мес, в герметичных металлических и стек лянных банках — 18 мес.
Охлажденные маргарин и кулинарные жиры хранят при отно сительной влажности воздуха не более 80 % и постоянной его цир куляции (табл. 6, 7).
Хранение мороженых продуктов. Мороженое мясо размещают на хранение в плотные устойчивые штабеля, уложенные на рейки или решетки; полутуши и четвертины — в универсальные контей неры в несколько ярусов. При хранении в штабелях норму загруз ки 1 м3 грузового объема камеры мороженым мясом условно при нимают равной 0,35 т.
Температура хранения мороженого мяса не выше -18 "С, отно сительная влажность воздуха 95—100%, естественная циркуля ция 0,1 м/с. Срок хранения говядины в полутушах и четверти нах 12 мес, свинины — 6 мес (табл. 8).
Таблица 6
Сроки хранения охлажденного маргарина (со дня выработки), сут
|
Маргарин
|
Температура, 0С
|
|
|
0-4
|
5-10
|
11-15
|
|
Нефасованный Фасованный:
в пергамент
в каширо- ванную фольгу
|
60
35
45
|
45
20
-
|
30
15
-
|
Таблица 7
Сроки хранения охлажденных кулинарных жиров (со дня выработки)
|
Жир
|
Температура, °С
|
Срок хранения, мес
|
|
Сало растительное
|
1-4
|
4
|
|
«Прима», «Новинка», «Украинский»
|
5-10
|
2
|
|
«Маргагуселин», «Фрипорный»
|
11-15
|
1
|
Таблица 8
Сроки хранения различных видов мороженого мяса, мес
|
Мясо
|
Температура, °С
|
|
|
-12
|
-18
|
-20
|
-25
|
|
Говядина в полутушах и четвертинах
|
8
|
12
|
14
|
18
|
|
Свинина в полутушах
|
3
|
6
|
7
|
12
|
|
Баранина в тушах
|
6
|
10
|
11
|
12
|
Снижение температуры хранения до -30 °С и ниже позволяет не только увеличить сроки хранения, но и значительно умень шить усушку. Так, при температуре хранения замороженного мяса -30 °С (неупакованных четвертин) усушка уменьшилась в 2,6 раза по сравнению с усушкой при -20 °С. На некоторых холодильни ках (в Японии, США) применяют температуру хранения -50 °С. Понижение температуры хранения особенно важно при приме нении воздушной системы охлаждения, которая вызывает до вольно значительные потери массы в камерах с большим грузо вым объемом.
Для поддержания высокой относительной влажности воздуха и сокращения потерь массы штабеля укрывают брезентом, упако вочной тканью с нанесением слоя ледяной глазури, экранируют охлаждающие пристенные батареи, применяют систему воздуш ного охлаждения с активным увлажнением воздуха в камере хра нения и т.д.
Более эффективно хранение замороженного мяса в виде бес костных и мясокостных отрубов в вакуумной упаковке или в среде инертных газов.
Мороженую птицу размещают на хранение так же, как и охлаж денную. Температура воздуха в камере холодильника не выше -12 °С, относительная влажность 85 — 95 %.
Сроки хранения мороженой птицы на распределительных хо лодильниках в зависимости от вида, температуры и упаковки при ведены в табл. 9.
Субпродукты хранят рассортированными по видам в метал лических, обитых внутри оцинкованным железом ящиках, на металлических противнях, в пластиковой таре. Упакованные мо роженые субпродукты хранят: при температуре не выше -12°С не более 2 мес, при -15°С — до 3 мес, при -18 °С — до 4 мес, при -30°С — до 6 мес. Норма загрузки 1 м3 грузового объема каме ры неблочными субпродуктами 350 кг, в блоках 600 кг.
Таблица 9
Сроки хранения мороженой птицы, мес
|
Птица
|
Температура, °С
|
|
|
Неупакованная птица
|
Упакованная птица
|
|
|
-12
|
-15
|
-18
|
-25
|
-12
|
-15
|
-18
|
-25
|
|
Куры, индейки,
цесарки
|
5
|
7
|
10
|
12
|
8
|
10
|
12
|
14
|
|
Цыплята, цыплята-бройлеры,
индюшата,
цесарята, дичь
|
4
|
6
|
8
|
11
|
8
|
10
|
12
|
14
|
|
Гуси, утки
|
4
|
5
|
7
|
11
|
6
|
8
|
10
|
12
|
|
Гусята, утята
|
3
|
4
|
6
|
10
|
6
|
8
|
10
|
12
|
Полукопченые колбасы, уложенные в ящики, при температуре 7...-9 °С разрешается хранить до 3 мес, варено-копченые — не более 4, сырокопченые — до 9 мес, сырокопченые ветчинные изделия — 4 мес.
Важное условие сохранения мороженой рыбы — ее высокое ис ходное качество.
Замораживание особенно широко применяют для сохранения морских рыб, доля которых в мировой добыче составляет около 85 %. Качество морской рыбы зависит не только от продолжитель ности и условий хранения, но и от ее физиологического состоя ния в момент вылова, способов вылова и обработки, а также от времени года, района промысла.
Рыба может быть заморожена непосредственно на судах и на суше.
В первом случае производят полную разделку рыбы, удаление внутренностей, чешуи, нарезание на порции и замораживание в виде готового продукта. Во втором случае рыбу замораживают на траулерах без предварительной разделки, затем размораживают на суше, разделывают, порционируют, упаковывают в индивидуальную упаковку и снова замораживают.
Основные преимущества замораживания в неразделанном в — простота и низкая стоимость технологического оборудова ния, пригодного для обработки рыбы различных видов, размеров и количества. Кроме того, товарный вид такой рыбы лучше. К не достаткам метода следует отнести необходимость обработки и хра нения менее ценных частей, составляющих 40 —50 % массы рыбы, и возможность снижения качества при двукратном заморажива нии. Однако, по данным Международного института холода, ка чественные различия между рыбой двукратного и однократного замораживания незначительны, если сохраняются оптимальные условия в процессе первого замораживания и последующего хранения продукта.
Для рыбы характерна пониженная сохраняемость в заморожен ном состоянии. При хранении жирной рыбы решающим факто ром, определяющим ее стойкость, является окислительное прогоркание, нежирной — денатурационные изменения белков. Окислительные процессы в жирах вызывают главным образом нежела тельные изменения вкуса, а денатурация белков приводит к ухуд шению структуры тканей.
Для защиты от обезвоживания (усушки) и окислительной порчи при хранении мороженую рыбу глазируют, упаковывают в поли мерные пленочные материалы, коробки, ящики. Поштучно замо роженное рыбное филе упаковывают в пакеты из полимерной пленки, картонные коробки, пластмассовые лоточки. Упаковку в потребительскую тару также широко применяют для мороженой продукции из беспозвоночных. Особенно высокие требования предъявляют к упаковочным материалам, используемым для упа ковки жирной рыбы, — паро- и газонепроницаемость, устойчи вость к воздействию жира, защита от световых лучей.
Ящики с мороженой рыбой укладывают в штабеля с проклад ками между рядами для обеспечения свободной циркуляции воз духа. Чем плотнее уложена мороженая рыба в штабеле, тем лучше ее сохраняемость и меньше усушка. Чтобы продукция перед хра нением не обезвоживалась, в коробки перед замораживанием может быть залита вода. Плотность укладки на 1 м3 грузового объе ма зависит от вида рыбы, способов замораживания, укладки, вида тары и упаковки.
Мороженую рыбу семейства осетровых (глазированную и неглазированную) укладывают в штабеля, накрывают водовпитывающим материалом, на который намораживают ледяную корку (глазурь). При глазировании рыбы, особенно подверженной прогорканию (сельдь и др.), в глазирующий раствор могут быть введе ны вещества, обладающие антиокислительным действием (бутилгидрооксианизолы, пропиловые эфиры галловой кислоты, -токоферол, аскорбиновая кислота и ее натриевые и калиевые соли, бутилокситолуол, коптильная жидкость МИНХа и др.).
Установлено, что глазирование позволяет увеличить срок хра нения некоторых видов рыб на 4 — 6 мес. Прогрессивным мето дом является хранение рыбы, замороженной в альгиновых гелях (полисахариды, получаемые из некоторых видов морских водо рослей). Альгинаты растворимы в воде и при низких концентра циях образуют растворы с высокой вязкостью, что позволяет получать на поверхности рыбы защитный слой геля. На поверхности рыбы, погруженной в раствор геля, после замораживания формируется плотный слой, полностью изолирующий продукт от воздействия кислорода, а так как температура замораживания геля примерно на 3 °С ниже температуры замораживания рыбы, то при размораживании гель легко отделяется, причем кожа рыбы не повреждается.
При использовании полученной из альгинатов глазури полно стью исключаются естественные потери рыбы при хранении.
Для сохранения нежирной рыбы эффективно нанесение защит ной пленки из термопластичных восков (парафина), смешанных с невосковыми веществами. Эти покрытия паро- и воздухонепро ницаемы, а при хранении при низких температурах не растрескиваются. Покрытия наносят посредством погружения заморожен ной рыбы в расплавленный раствор с температурой 60 °С.
Упаковка мороженой рыбы под вакуумом позволяет увеличить срок ее хранения на 3 — 4 мес, сократить потери массы, обеспе чить эффективную технологию реализации рыбы потребителю.
В целом срок хранения мороженой рыбы зависит от ее вида и химического состава, исходного состояния, способов разделки и режимов замораживания, вида упаковки, температурно-влажностного режима и других факторов. Так, понижение температуры хранения тунца до -50 °С и ниже позволяет хранить рыбу неогра ниченно долго, причем качество ее практически не изменяется.
В особых случаях рыбные товары замораживают и хранят при более высокой температуре. Так, рыбу слабо- и среднесоленую, пряную и маринованную хранят в заливных бочках при темпера туре -6...-8 0С и относительной влажности 85 — 90 % не более 21 сут, при -3 °С 14 сут.
Соленую рыбу в сухотарных бочках и ящиках хранят: при -6…-8 °С до 14 сут, при -3...-6 °С 7 сут; рыбу горячего копчения при -18 °С не более 30 сут, при -10...-12 °С 21 сут, при -4...-6 °С 14 сут.
Рыбу спецразделки следует хранить при относительной влаж ности воздуха 90...95 % и температуре -18 °С в течение 6 мес, рыб ное филе — 5 мес. Рыбный фарш пищевой и фарш пищевой и минтая могут находиться на хранении при температуре -18 °С 3 мес с момента выработки.
Икру осетровых рыб в ястыках хранят при температуре не выше -18 0С не более 4 мес, икру зернистую осетровых рыб баночную при температуре -2...-4 °С — 2...2,5 мес, икру зернистую осетровую пастеризованную 8 мес, икру осетровую паюсную в банках и бочках — до 8 мес. Икру пробойную слабосоленую в банках и бочках при температуре -2...-6 0С хранят до 5 мес; среднесоленую в бочках — до 7 мес.
Нерыбные морепродукты хранят при относительной влажности воздуха 90 — 95 % и температуре не выше -18 °С (с момента выра ботки): сыро-, вареномороженые мидии и морские гребешки 3 мес; крабы 3,5 мес; лангусты и омары 4 мес; креветки 6 мес; криль и трепанги 12 мес; мороженые изделия из осьминога 10 мес; из каль мара разделанного 6 мес, из неразделанного 4 мес.
Яичные продукты следует хранить только в замороженном состо янии, упакованными в банки, картонные и пластиковые ящики с вкладышами из полиэтиленовой пленки. Они поступают на хране ние с температурой не выше -8 °С (в центре банки, блока); при температуре -12 °С и относительной влажности воздуха 80 — 85 % срок их хранения до 8 мес, а при -18...-25 °С до 10—15 мес.
Мороженое всех видов (кроме мягкого) хранят при температу ре не выше -18 0С. Качество мороженого при хранении зависит от колебаний температурного поля камеры, которые не должны превышать ±1 °С. Сроки хранения мороженого разных видов приведе ны в табл. 10.
Таблица 10
Сроки хранения мороженого
|
Мороженое
|
Срок хранения, мес
|
|
Молочное:
|
|
|
весовое
|
1
|
|
фасованное
|
1,5
|
|
Сливочное:
|
|
|
весовое
|
2
|
|
фасованное
|
2
|
|
Пломбир:
|
|
|
весовой
|
3
|
|
фасованный
|
2
|
|
Плодово-ягодное и ароматическое
|
1,5
|
Сроки хранения сливочного масла зависят от его вида, способа выработки, упаковки, условий хранения. Сливочное масло хранят по складским партиям (маркам). Каждую партию укладывают в отдельный штабель по видам и сортам. Сроки хранения сливочно го масла в монолитах в зависимости от температуры воздуха в камере приведены в табл. 11.
Таблица 11
Сроки хранения сливочного масла в монолитах, мес
|
Сливочное масло
|
Температура, °С
|
|
|
-12
|
-15
|
-18 и ниже
|
|
Сладкосливочное:
|
|
|
|
|
несоленое
|
9
|
10
|
12
|
|
соленое
|
6
|
6
|
7
|
|
Кислосливочное несоленое и соленое
|
6
|
6
|
6
|
|
Вологодское
|
13
|
1,5
|
1,5
|
|
Шоколадное
|
4
|
5
|
5
|
|
Любительское
|
4
|
4
|
6
|
|
Крестьянское
|
1
|
2
|
3
|
Сроки хранения несоленого, соленого, любительского и кресть янского масла, получившего при приемке на холодильнике оцен ку по вкусу и запаху 39 — 40 баллов, сокращаются на 2 — 3 мес; масло с оценкой 37 — 38 баллов хранению не подлежит.
Сливочное масло, фасованное в виде брусков перед закладкой на хранение, замораживают при температуре -18 °С в течение 2 сут. Сроки хранения такого масла при температуре -12 °С не должны превышать 5 сут упакованного в пергамент и 15 сут упакованного в кодирован ную фольгу. Температура фасованного масла при отпуске с холо дильника в торговую сеть не должна превышать -6 °С.
Масло топленое в бочках и флягах хранят при температуре воздуха от -6 до -12 °С 3 мес, от -12 °С и ниже 6 мес.
Для соблюдения очередности и сроков реализации масла необ ходимо вести товароведческие карты в виде схематических планов размещения их партий в каждой камере. В карте указывают номер партии, поставщика, вид и сорт масла, дату выработки, число единиц упаковки и срок хранения.
Относительную влажность воздуха в камере хранения масла на холодильнике поддерживают в пределах 85 — 90 % и контролируют раз в декаду, а температуру воздуха в камере измеряют два раза в сутки.
Запрещается совместное хранение масла со следующими про дуктами: рыбой и рыбопродуктами, колбасными изделиями и копченостями, сырами сычужными всех видов и колбасным коп ченым сыром, фруктами и овощами.
Сроки хранении жира и маргарина зависят от их вида, упаковки и температуры хранения (табл. 12, 13).
Хранение подмороженных продуктов. Подмороженное мясо эко номически эффективно хранить в штабелях высотой 1,5 — 2 м, укладывая говяжьи полутуши в 5 —6 рядов, а свиные и бараньи — в 7 —8 рядов.
Подмороженное мясо перевозят в авторефрижераторах и поез дах с машинным охлаждением при температуре около -2 °С до 7 — 9 сут, хранят на распределительных холодильниках до 7 сут при температуре -2 °С и относительной влажности воздуха 92 — 95 %.
Для увеличения сроков хранения, сохранения качества и сни жения усушки целесообразно использовать упаковку мяса в отру бах в термоусадочные пленки с вакуумированием. Это замедляет окислительные процессы, предотвращает развитие микроорганиз мов, помогает хорошо сохранить естественный цвет и в целом увеличивает сроки хранения в два раза.
Таблица 12
Сроки хранения мороженых животных топленых жиров
(со дня выработки), мес
|
Жир
|
Температура, °С
|
|
|
-5...-8
|
-12 и ниже
|
|
Говяжий, бараний, свиной
в ящиках и бочках
|
6
|
12
|
|
Говяжий, бараний, свиной
в герметичной таре:
|
|
|
|
в металлических
банках
|
24
|
24
|
|
в мелкой фасовке
|
2
|
2
|
Таблица 13
Сроки хранения мороженого маргарина (со дня выработки), мес
|
Маргарин
|
Температура, °С
|
|
|
0...-9
|
-10...-20
|
|
Нефасованный Фасованный:
в пергамент
в кашированную фольгу
|
75
45
60
|
90
60
75
|
Подмороженную птицу хранят при температуре -2 °С и относи тельной влажности воздуха 95 % в течение 25 — 30 сут (с учетом транспортировки и реализации). Упаковка с вакуумированием в термоусадочную пленку позволяет значительно снизить интенсив ность гидролитических и окислительных процессов. Способ транс портировки и хранения птицы в подмороженном состоянии счи тается экономически выгодным, так как требует в три раза мень ше затрат, чем замораживание, а птица по внешнему виду не отличается от охлажденной, имеет естественную окраску.
Подмороженную рыбу укладывают в ящики, хранят и транспор тируют при температуре -2 °С. При хранении и транспортировке возможно и экономически целесообразно использовать естествен ный холод. При кратковременном и незначительном колебании температуры (от 0 до -5 °С) и плотной укладке ящиков в штабеля температура основной массы рыбы практически постоянна, из менение качества не происходит.
Относительная устойчивость температуры подмороженной рыбы благодаря большой аккумуляции холода позволяет осуществлять ее производство в промышленном масштабе и перевозку на даль ние расстояния. Продолжительность транспортировки до 5 — 7 сут, срок хранения с момента выработки 12 — 15 сут, со времени вы лова 20 — 25 сут.
15.6. Изменение продуктов животного происхождения
при холодильном хранении
Изменение ферментативной системы. В процессе холодильного хранения мяса решающую роль при его созревании играет протеолиз, который катализируется катепсинами — группой протеолитических ферментов, гидролизующих пептидные связи белков и полипептидов. Они сосредоточены в лизосомах, где находятся также гидролазы — дезоксирибонуклеаза, рибонуклеаза, кислая фосфатаза, эстераза, гликозидаза и др.
Лизосомы, как и другие клеточные органоиды, относятся к легко повреждаемым клеточным структурам. При этом ферменты органоидов обычно не теряют активности. При разрушении мемб ран лизосом они контактируют с соответствующими субстратами и катализируют их расщепление. Аналогично ведут себя и фер менты, входящие в состав мембран клеточных органоидов, на пример митохондрий и эндоплазматического ретикулума, хотя разрушение этих мембран приводит к расстройству функций фер ментативных систем в целом. Вместе с тем, несмотря на сохране ние активности каждым ферментом, нарушается строгая после довательность расположения ферментов, входящих в целостную структуру единых ферментных комплексов.
Митохондриальное окислительное фосфорилирование начинает нарушаться, как только работающие цитохондрии вступают в кон такт с разрушенными лизосомами, получая тем самым возможность реагировать с соответствующими структурами. Наблюдае мое на начальных стадиях автолиза мышечной ткани повышение активности гидролаз сменяется ее снижением. Прежде всего умень шается активность кислой фосфатазы, затем дезоксирибонуклеа-зы и в последнюю очередь катепсинов.
Однако поведение этих ферментов при различных режимах хо лодильной обработки и хранения мяса трудно спрогнозировать вследствие значительного количества взаимовлияюших факторов в недостаточной их изученности. Так, в предубойный период жи вотные подвергаются воздействию целого ряда различных по силе и времени стрессовых факторов (нарушение кормления, транс портирование и др.), поэтому реакция клеточных структур также может быть различной. Вследствие этого в тканях животных уже в предубойный период может формироваться различный исходный ферментативный фон, от которого и будут зависеть дальнейшие интенсивность и направленность развивающихся в мясе биохими ческих и физико-химических процессов во время его обработки и хранения.
Общее правило гласит, что с понижением температуры актив ность ферментов уменьшается. Скорость реакций, которые ката лизируют большинство ферментов V, можно определить по урав нению Аррениуса:
V = V0 e–Е / (RТ),
где V0 — константа скорости (постоянная величина), не завися щая от температуры; е — экспоненциальная функция; Е — энер гия активации; R — газовая постоянная; Т — абсолютная темпе ратура.
Однако не все ферменты подчиняются этой зависимости. Не которые полностью утрачивают активность при -20 0С, тогда как другие ферментативные реакции протекают даже при -60 °С. Та ким образом, по мере понижения температуры вместо ожидаемо го спада активности ферментов в отдельных случаях наблюдается ее рост.
Ряд ферментов проявляет высокую активность при низких от рицательных температурах. Так, липаза и пероксидаза активны при -29 °С, дегидрогеназа ниже -21 0С. Каталаза, тирозиназа и перок сидаза более активны в замороженном продукте, чем в переохлажденном. Для этих ферментов существенное значение имеет про исходящий при замораживании переход среды из жидкой фазы в твердую. Одни исследователи считают, что ускорение реакций в замороженных растворах — результат каталитического действия твердых поверхностей, в том числе и структурированной воды; дру гие полагают, что при замораживании растворов скорость реакции замедляется в соответствии с уравнением Аррениуса; в то же время по мере вымерзания воды увеличивается концентрация реагирующих веществ в жидких включениях, что соответственно повышает скорость реакций (концентрационный эффект). Эти два фактора по-видимому, и определяют результирующую действительную ско рость ферментативных реакций в замороженных растворах.
Особенности протекания ферментативных реакций с пониже нием температуры определяются также изменениями физико-хи мических показателей среды и свойств растворенных веществ (вяз кость и рН среды, степень ионизации групп ферментов и субстратов и др.). Активность ферментов зависит и от продолжительности воздействия на них низких температур.
Изменение растворимости белков. С одним из важнейших свойств мяса – нежностью — тесно связана растворимость белков. Изуче ние растворимости белков при хранении мяса в охлажденном (2 °С) и переохлажденном (-2 °С) состоянии показало, что максималь ная растворимость фибриллярных белков свойственна парному мясу. Сразу же после его охлаждения растворимость белков снижается. При этом в охлажденном мясе минимум растворимости белков приходится на 1—2-е сутки, а в переохлажденном — на 4 —5-е, что соответствует периоду максимального развития послеубойного окоченения. Растворимость белков охлажденного мяса при его хранении до 12 сут составляет 81 — 85 % по отношению к раство римости белков парного мяса, а переохлажденного и хранивше гося до 20 сут - 77-81 %.
Физико-химические изменения мышечной ткани рыб при за мораживании заключаются в дополнительном разрушающем воз действии на них кристаллов льда, а также в денатурации мышеч ных белков под действием солевых растворов, образующихся при вымораживании воды в тканях.
Данные экспериментальных исследований по определению раст воримости мышечных белков рыб указывают на ее понижение при холодильной обработке, причем наибольшие изменения проис ходят в белках актомиозинового комплекса, а при длительном хра нении — и в саркоплазматических. Постепенное понижение ра створимости актомиозина отмечается при последующем после за мораживания периоде холодильного хранения рыбы.
При холодильном хранении и замораживании чистых раство ров миозина происходит агрегация молекул белка. Обычно этому процессу предшествует денатурация белка. Данные о молекуляр ной массе, константах седиментации и скорости диффузии обра зующихся при замораживании и холодильном хранении белковых частиц миозина свидетельствуют о структурных изменениях этого белка. По некоторым данным, в процессе холодильной обработки рыбы возможно не только понижение, но и повышение раство римости актомиозина. Так, в мороженой балтийской сельди раст воримость актомиозина в мышечной ткани увеличивалась даже во время окоченения.
Изменение липопротеидных комплексов и аминокислотного со става. Важную роль в процессе холодильного хранения играют липопротеидные комплексы (ЛПК) мышечной ткани мяса и рыбы, липопротеиды составляют основу клеточных мембран, участвуя в регуляции активности находящихся в мембранах ферментов, а также в механизмах транспортировки многих веществ. Нативная структура мембранных ЛПК очень чувствительна к недостаточно му энергообеспечению, которое немедленно возникает в послеубойный период.
Во время хранения мяса создаются благоприятные условия для вторичного взаимодействия липидов с белками. Это происходит потому, что нативные ЛПК при хранении быстро разрушаются, структурная упорядоченность клеточных мембран утрачивается, пространственная разграниченность химических компонентов кле ток нарушается. Во взаимодействие с белками вступают как по лярные и нейтральные жиры, так и продукты их распада и окис ления. С липидами взаимодействуют также измененные, частично или полностью денатурированные белки и продукты их полиме ризации. На образование вторичных ЛПК влияют температура, рН среды и другие факторы.
Таким образом, при хранении продуктов образуется большое количество вторичных ЛПК, различающихся природой, прочно стью связи составных элементов, растворимостью, аминокислот ным составом, степенью переваримости и рядом других свойств, формирующих качество. Взаимодействие между липидами и бел ками происходит в продуктах и при хранении в замороженном состоянии.
Результаты исследования мяса и рыбы на содержание и ста бильность ЛПК при хранении в замороженном состоянии показа ли, что процесс разрушения и образования липопротеидных комп лексов имеет волнообразный характер. Кроме количества также волнообразно изменялись растворимость различных белковых фрак ций мышечной ткани, содержание сульфгидрильных и дисульфидных групп в белках, а также активность ряда ферментов.
О начавшихся в химических компонентах мышечной ткани изменениях можно судить по содержанию низкомолекулярных летучих веществ, которые в большинстве случаев являются про дуктами распада высокомолекулярных соединений и активно уча ствуют в формировании вкуса и аромата продуктов. Так, по со держанию аминокислот в мясе можно судить о скорости и глуби не протеолиза, а также направленности автолитических измене ний, протекающих в мышечной ткани во время обработки и хра нения мяса. При холодильном хранении мяса в процессе автолиза содержание свободных аминокислот возрастает, а скорость их об разования в основном зависит от активности катепсинов. Так, в следствие того что в мышцах большинства рыб активность катепсинов выше, чем в мышцах животных, в мышцах первых на капливается гораздо больше свободных аминокислот.
Динамика изменения содержания аминокислот при хранении мяса кроме их накопления в результате протеолиза определяется также их распадом в результате декарбоксилирования и дезаминирования с освобождением аммиака. Активность оксидаз и декарбоксилаз, катализирующих эти реакции, наиболее высока у парного мяса и в начальный период охлаждения, тогда как повы шение активности катепсинов, вызывающее накопление амино кислот, происходит позднее, по мере высвобождения их из раз рушающихся лизосом. Различием в скорости этих ферментатив ных процессов можно объяснить первоначальное понижение и последующее увеличение содержания свободных аминокислот в процессе хранения мяса.
Реакции декарбоксилирования аминокислот приводят к обра зованию аминов в мясе и рыбе, которые являются нестойкими соединениями и быстро разрушаются.
Качественный состав аминокислот в процессе хранения про дукта определяется многими факторами и зависит от активности различных ферментов мышечной ткани, катализирующих протеолиз в целом и индивидуальные превращения аминокислот, от аминокислотного состава расщепляемых белков, их количества и степени атакуемости ферментами, изменения рН, температуры и других взаимосвязанных факторов.
Наиболее полно изучено изменение нуклеотидов (АТФ, АДФ, АМФ). По мере хранения мяса количество фосфорилированных нуклеотидов довольно быстро понижается, а гипоксантина воз растает. Скорость распада нуклеотидов зависит от температуры и продолжительности хранения. Спонтанный распад АТФ протека ет до образования АМФ — относительно устойчивого продукта, дальнейшие превращения которого вплоть до образования гипо ксантина катализируются целой группой ферментов.
Из низкомолекулярных азотсодержащих соединений в мясе находят аммиак, летучие амины — метиламин, диметиламин, а в рыбе, кроме того, триметиламин, триэтиламин, изобутиламин. Из летучих соединений около 99 % приходится на долю аммиака. Быстрое накопление аммиака в мясе в процессе хранения может указывать на развитие в нем микроорганизмов. Понижение темпе ратуры хранения мяса задерживает развитие микроорганизмов, и накопление аммиака происходит медленнее.
Изменение окислительно-восстановительной системы. Во время хранения мяса, птицы и рыбы происходят волнообразные изме нения элементов окислительно-восстановительной системы, след ствием чего является существенное снижение содержания аскор биновой кислоты и увеличение количества ее окисленных форм - дегидроаскорбиновой и дикетогулоновой. Аскорбиновая кислота предохраняет от окисления белки, содержащие HS-группы, ко торые определяют устойчивость последних к замораживанию. Со храняемость аскорбиновой кислоты увеличивается с понижением температуры.
В послеубойный период в парном мясе резко снижается коли чество кислорода, и его концентрационный градиент смещается в направлении от сосудов к тканям. Это определяет соотношение различных форм миоглобина и цветовые оттенки мяса по глубине (на разрезе). Продолжающееся в послеубойный период (не более суток) поглощение кислорода клетками ткани без одновремен ной его подачи по сосудам приводит к понижению содержания окисленной формы миоглобина до 15 % и повышению содержа ния восстановленной формы до 75 %. В дальнейшем существенное снижение аэробного обмена вызывает уменьшение потребления кислорода клетками, однако в поверхностных слоях его содержа ние может возрастать вследствие диффузии из воздуха. С увеличе нием срока хранения начинает быстро увеличиваться количество метмиоглобина. Это происходит в результате денатурационных изменений белков, а также истощения окислительно-восстано вительных систем мышечной ткани в целом.
Изменения липидов, входящих в состав тканей, связаны с из менениями других компонентов, в их основе лежат важнейшие химические и биохимические процессы.
Основными процессами, которые определяют изменения ли пидов при обработке и хранении мяса и жиров, являются гидро лиз и окисление. Глубина и скорость изменения состава и свойств липидов в этих процессах играют первостепенную роль в форми ровании таких важных показателей качества мясных и жировых товаров, как цвет, запах и вкус. Процессы изменения липидов достаточно сложны, происходят они в результате химических, био логических и ферментативных превращений, часто протекающих параллельно, но приводящих, как правило, к образованию одних и тех же промежуточных и конечных продуктов (перекисей, сво бодных жирных кислот, альдегидов, кетонов, продуктов полимеризации и др.). Способность жиров соединяться с кислородом за висит от степени ненасыщенности жирных кислот, наличия со путствующих веществ, являющихся активаторами или ингиби торами окисления, следов тяжелых металлов, тепла, света и т.д. При хранении некоторых продуктов способность липидов всту пать в реакцию усиливается вследствие замедления биохимичес ких процессов, разрушения структуры клеток и появления в ре зультате этого новых реагентов. Разнообразие реакций взаимо действия липидов с другими составными компонентами клеток по мере хранения продуктов возрастает, поскольку продукты фер ментативного расщепления липидов реагируют с ними весьма специфично.
Скорость процессов гидролиза и окисления липидов определя ется активностью липолитических ферментов, которая в значи тельной степени зависит от температуры. Так, интенсивность гид ролиза уменьшается с понижением температуры хранения мяса. Установлено, что активность липолитических ферментов свини ны ниже, чем рыбы, мяса крупного рогатого скота и домашней птицы, что объясняется видовыми различиями и функциональ ными особенностями исследованных мышц. Об интенсивности гидролиза судят главным образом по содержанию свободных неэтерифицированых жирных кислот (НЭЖК). Количество этих кис лот в говядине, замороженной через 2 ч после убоя и хранившей ся при -10, -18 и -30 °С, увеличивается по-разному. Так, за 12 мес хранения при температуре -10 0С содержание НЭЖК возросло в 21,6 раза по сравнению с исходным, при -18 °С — в 13,5 и при -30 °С — в 3,3 раза (определения были проведены на основании изменения кислотного числа жира). Известно, что НЭЖК — один из факторов, инициирующих процесс денатурации, установлена также тесная связь между ее интенсивностью и степенью накоп ления НЭЖК в белках рыбы, мяса и птицы.
Если о скорости денатурации белков судить по степени умень шения их растворимости, то можно предположить, что при холо дильном хранении мяса и рыбы денатурируют в основном миофибриллярные белки, а ферменты, вызывающие эти изменения, сохраняют активность в течение продолжительного времени хра нения продукта и при отрицательных температурах.
Общий уровень накопления НЭЖК и их качественный состав при холодильном хранении продуктов животного происхождения зависят от состава тканевых липидов, уровня и продолжительно сти сохранения активности липолитических ферментов, источ ника образования НЭЖК, типа мышц, видовых различий, усло вий хранения и других факторов.
Качество и количество НЭЖК, накапливающихся в результате гидролиза липидов, оказывают существенное влияние на скорость и глубину их последующего окисления. Чем выше скорость накоп ления и степень их ненасыщенности, тем интенсивнее протекает процесс окисления, и окислительная порча такого жира наступа ет раньше. Именно этим во многом определяются различия в сро ках хранения рыбы, птицы, мяса и мясопродуктов, причем они неодинаковы даже для одного вида продукта, а так как процессы окисления жиров относят к типу цепных реакций, то по мере увеличения сроков хранения мяса и рыбы степень окисления увеличивается, что определяется по накоплению перекисей, а также вторичных продуктов окисления. Последние могут принимать участие в реакциях взаимодействия с белками.
Взаимодействие переоксидных радикалов жирных кислот с бeлками ведет к образованию различного рода полимеров — белков и перекисей жирных кислот либо (если перекисные радикалы жир ных кислот инициируют образование свободных радикалов в бел ках) полимеров самих белков. Возможно также более глубокое воз действие пероксидных радикалов липидов на белки, вызывающее разрушения ряда аминокислот в их молекуле.
Продукты окисления жирных кислот могут участвовать в обра зовании липопротеидных комплексов, которые в отличие от комп лексов белков с жирными кислотами еще менее растворимы и устойчивы к гидролизу.
Таким образом, взаимодействие белка с продуктами окисле ния жирных кислот может сопровождаться значительным изме нением его свойств. Полная его нерастворимость, способность к образованию полимеров и устойчивость к расщеплению (гидро лизу) протеолитическими ферментами существенно снижают пищевую ценность и качество продукта в целом.
Образующиеся при окислении жирных кислот первичные и вторичные продукты вовлекают в этот процесс и другие компо ненты мышечной ткани. Претерпевают изменения многие вита мины, каротины, пигменты, ароматические вещества. Эти про цессы приводят к изменению запаха, вкуса, цвета мяса и рыбы, понижению их биологической ценности.
При хранении сливочного масла в нем протекают физические, химические, биохимические и микробиологические процессы. Сливочное масло отличается от других жиров животного проис хождения большим разнообразием входящих в его состав жир ных кислот и высоким содержанием воды. В нем имеются в боль шом количестве насыщенные низкомолекулярные жирные кис лоты, ненасыщенные жирные кислоты и вода (25 % и более), в значительной степени определяющая консистенцию и стойкость продукта. В сливочном масле летней выработки больше естествен ных антиоксидантов и других биологически активных соедине ний. При его хранении могут происходить нежелательные изме нения, вызванные окислением молочного жира, которое обыч но предшествует его гидролизу, но может происходить и одно временно с ним.
Исследование качества масла, хранившегося при -10, -18 и -25 °С в течение 7 мес, показало, что кислотное число, характе ризующее глубину гидролитических процессов, возросло к концу хранения в 1,2— 1,6 раза. При этом липаза, катализирующая про цесс, отличалась высокой активностью при всех режимах хране ния. В то же время интенсивность окислительных процессов, зави сящая от активности липоксигеназы, замедлялась по мере сниже ния температуры. Нарастание содержания пероксидных соедине ний происходит неравномерно: в начале хранения их количество Увеличивается, к 4-му месяцу — понижается, а к 7-му — вновь возрастает. Увеличение содержания пероксидных соединений в первые месяцы хранения происходит за счет кислорода, проникаю щего через упаковку, а также за счет кислорода, получаемого из оксидов. При этом может выделяться активный кислород, спо собный дальше окислять жирные кислоты с образованием пероксидных соединений.
Гидролиз триглицеридов и фосфатидов протекает ступенчато: в начале расщепления образуются диглицериды, затем моноглицериды, при этом чем меньше верифицирован жир, тем быстрее он гидролизуется. Глицериды низкомолекулярных жирных кислот атакуются липазой легче, чем высокомолекулярных. Следователь но, в сливочном масле условия для интенсивного гидролиза и быстрого накопления НЭЖК достаточно благоприятны, причем поскольку НЭЖК окисляются легче, чем их эфиры, ускоряется процесс окисления в целом.
Раннее образование и интенсивное накопление низкомолеку лярных НЭЖК могут вызвать ухудшение вкуса и запаха еще до окисления жирных кислот.
Исследования гидролитических процессов в липидах сливоч ного масла при -10 и -18 °С показали, что они протекают весьма активно, причем интенсивность гидролиза и скорость нарастания НЭЖК при -18 0С больше, чем при -10 °С (аномальный гидролиз сливочного масла). По органолептическим свойствам масло, хра нившееся при -10 0С, оказалось лучше масла, температура хране ния которого была -18 и даже -27 °С. Это явление объясняется возникающими при хранении масла различиями в скорости обра зования и окисления НЭЖК. В результате продолжающегося при отрицательных температурах ферментативного гидролиза молоч ного жира накопление НЭЖК происходит весьма интенсивно, скорость же процесса окисления по мере понижения температуры замедляется. При замедлении процесса окисления время сохране ния жирных кислот в неокисленном состоянии увеличивается, в результате общее содержание НЭЖК при более низкой темпера туре хранения оказывается выше.
Активность липолитических ферментов тесно связана с фазо вым переходом воды в лед. Так как процесс кристаллизации воды в масле начинается, как правило, при температуре ниже -10 °С, то и процесс активации ферментов возникает в районе этой тем пературы, чем и объясняется накопление НЭЖК при более низ кой температуре.
Одним из наиболее часто встречающихся видов порчи сливоч ного масла является штафф — результат физико-химических из менений, проявляющийся в появлении на поверхности масла темноокрашенного слоя с неприятным горьковатым или приторно-едким вкусом, своеобразным затхлым или гнилостным запахов В основе этого явления — развивающиеся на фоне обезвожива ния поверхностного слоя масла процессы полимеризации глицеридов и окисления молочного жира. Интенсивность образования штаффа и степень его выраженности зависят от качества сырья, способа производства масла, условий и сроков хранения, упаков ки. Скорость его образования велика, и при температуре -10 °С штафф образуется уже через 2 нед.
При хранении свиного жира интенсивность процессов окисле ния уменьшается по мере снижения температуры, а процессы гидролиза протекают относительно медленно. Интенсивность об разования карбонильных соединений, содержание которых в це лом и определяет изменение качества, в значительной степени зависит от предшествующих процессов образования НЭЖК и пер вичных пероксидов.
Углеводы содержатся в животных тканях в незначительных ко личествах, но они легко расщепляются, наиболее активны в ме таболическом отношении и особенно чувствительны к изменяю щимся условиям функционального состояния мышечной ткани.
Распад углеводов в мышечной ткани в послеубойный период протекает весьма интенсивно: вначале он аналогичен прижизнен ному механизму окисления углеводов; по прекращении кровооб ращения и поступления кислорода к тканям окисление продол жается за счет кислорода миоглобина мышц. Этот кислородный резерв невелик, и в мышцах быстро наступает состояние кисло родной недостаточности. В результате распад из аэробного перехо дит в анаэробный, который заканчивается образованием молоч ной кислоты и понижением рН мышечной ткани. В то же время превращения белков и жиров в этот период протекают с отстава нием.
Поскольку процессы биосинтеза белков, жиров и углеводов вследствие распада макроэргических соединений практически прекращаются (по этой же причине прекращается и аэробное окисление этих веществ), лишь способные к анаэробному рас щеплению углеводы продолжают активно распадаться. Быстро на ступающие изменения рН мышечной ткани, обусловленные пре вращениями углеводов, являются начальным звеном в последо вательной цепи дальнейших превращений составных компонен тов мяса.
Следовательно, углеводы создают общий фон, на котором раз виваются процессы распада белков и жиров. Состоянием этого фона определяется не только интенсивность дальнейших изменений составных компонентов мяса, но и их направленность. Тем самым Углеводы участвуют в формировании важнейших потребительских свойств мяса. Благодаря высокой реакционной способности они легко вступают во взаимодействие с другими компонентами мяса, образуя ряд соединений, в том числе и низкомолекулярных, ко торые определяют вкус и запах продукта. В формировании послед них принимают участие моносахариды и их производные.
15.7. Холодильное хранение пищевых продуктов у потребителя
При соблюдении всех требований к производству, хранению и транспортировке пищевая ценность продуктов, законсервиро ванных с помощью холода, сохраняется, и они, пройдя все зве нья холодильной цепи, попадают к потребителю в отличном со стоянии.
Дальнейшее качество продукта зависит от того, в каких усло виях он хранится у потребителя.
При продаже в розничной сети термическое состояние про дукта должно находиться на уровне, определяющем оптимальные условия хранения. Так, температура скоропортящихся продуктов должна быть не выше 6 0С, а замороженных (предназначенных для хранения в домашних условиях) по рекомендациям Международ ного института холода — не выше -15 0С. Такие продукты могут быть использованы не только для непосредственной кулинарной обработки, но и для хранения у потребителя в течение рекомен дуемых сроков при определенных режимах и наличии соответ ствующей холодильной техники.
Во время доставки к месту потребления продукты подвергают ся воздействию окружающей среды, причем основное значение имеет температурный фактор, поэтому целесообразно пользоваться специальными средствами транспортирования. Диапазон таких средств в зарубежных супермаркетах, торгующих охлажденными и морожеными продуктами, достаточно разнообразен — от деше вых (одноразовых) термоизолированных бумажных сумок до тер моизолированных пенополиуретановых контейнеров и потребительских контейнеров с термоэлектрическим охлаждением раз личного назначения и объема. При отсутствии таких средств вре мя доставки должно быть максимально сокращено, продукты сле дует завернуть в несколько слоев упаковки и поместить в центре среди других покупок, так как даже незначительные изменения температурного режима резко ограничивают потенциальный срок их хранения у потребителя.
При хранении продуктов в домашнем холодильнике основное внимание следует уделять их рациональному размещению. Реше ние этого вопроса упрощается при наличии современного супер холодильника, имеющего несколько камер (зон) хранения про дуктов с управлением микропроцессором. При использовании одно-, двухкамерных холодильников устаревших конструкций не обходимо соблюдать некоторые правила, позволяющие не только сохранить качество продуктов, но и снизить энергопотребление холодильного агрегата, увеличить его емкость, уменьшить усушку. Для этого подбирают специальную посуду (лотки, банки, коробки, пакеты и др.) наиболее удобной (квадратной и прямоугольной) формы, позволяющую расположить продукты максимально плотно. Желательно также, чтобы продукт занимал не менее 80 % емкости посуды.
При хранении охлажденных продуктов необходимо рационально использовать весь диапазон температур, естественным путем фор мирующийся в камере холодильника. Так, градиент температур в работающем холодильнике может достигать 8 — 9 °С. Минималь ная температура (0...-2 °С) создается непосредственно под низ котемпературным отделением и рядом с испарителем. В нижней части холодильной камеры температура может достигать 6 — 7 °С. Охлажденные мясо, птицу, рыбу для кратковременного хранения желательно размещать на верхней полке. Там же хорошо сохраня ются сыры, сливочное масло и большинство жиров. Фрукты и овощи, напротив, рекомендуется хранить в изолированных емко стях, установленных в нижней части холодильной камеры. Запол няя емкости плодоовощной продукцией, необходимо сгруппиро вать ее по видам (овощи, фрукты, ягоды, зелень), так как режи мы их хранения различны. Соленья и маринады достаточно хоро шо сохраняются на нижней полке холодильника. Там же в течение непродолжительного времени (от нескольких часов до 2 сут) можно хранить и кулинарно обработанные блюда текущего потребления. На внутренней стороне дверцы холодильника имеются, как пра вило, специальные формы и отделения для хранения продуктов.
Продукты, имеющие острые, специфические запахи (рыба, сыр, копчености и др.), а также легко их воспринимающие (сливочное масло, творог, сметана, кремы и др.), следует хранить в герметич ной посуде или упаковке. Применение такой упаковки в целях сни жения усушки предпочтительно практически для всех продуктов.
Замороженные продукты хранят в низкотемпературном отде лении (-18 0С и ниже) в соответствующей герметичной упаковке во избежание излишнего обезвоживания. Непродолжительное время замороженные продукты можно хранить в низкотемпературном отделении при температуре не выше 12 °С.
Замороженные продукты необходимо хранить порциями, так как срок хранения размороженных и повторно замороженных про дуктов сокращается в несколько раз.
Рекомендуемые сроки хранения мясопродуктов при темпера туре в холодильной камере 4 °С:
мясо охлажденное любой жирности (говяжье, свиное, птица), полуфабрикаты, печень, почки — до 24 ч;
мясной фарш — до 8 ч;
мясные изделия и блюда готовые, термообработанные — до 48 ч.
В морозильном отделении при температуре не выше -18 °С можно хранить:
нежирное мясо (говядину и баранину) крупными кусками (по 0,5—1 кг) — до 10 мес, мелкими — до 7 мес, в виде фарша, печень, почки — до 6 мес;
мясо и мясопродукты натуральные из свинины крупными кус ками — до 5 мес, мелкими — до 4 мес, фарш, котлеты — до 3 мес;
мясо птицы нежирное — до 6 мес, жирное — до 4 мес.
Свежую рыбу и другие морепродукты можно хранить в холо дильнике не более суток при обязательной тепловой кулинарной обработке перед употреблением.
Рыбу и морепродукты в замороженном виде при температуре -18 °С хранят нежирные в течение 4 мес, жирные — 2 мес.
Соленая и маринованная рыба в герметично укупоренной таре может храниться при 0 — 4 0С в течение 4 мес, а рыба горячего копчения при таком же режиме — не более 2 сут.
Молоко и молочные продукты следует хранить в соответствии с рекомендациями на упаковке.
Срок хранения сливочного масла при 0 — 4 °С и текущем его по треблении 15 — 20 дней. Особого внимания требует хранение сыра, так как при повышенной влажности без упаковки он на 4 — 5-сутки может заплесневеть, а в бумажной упаковке быстро усыхает.
Яйца в домашнем холодильнике хранят при температуре от 0 до 6 0С в течение 15 — 20 сут, периодически осматривая их и отме чая дефекты, пороки, повреждения.
Быстрозамороженную плодоовощную продукцию в низкотем пературном отделении при -18 °С можно хранить от нескольких месяцев до года в зависимости от ее вида.
При хранении охлажденной плодоовощной продукции следует придерживаться следующих правил (табл. 14).
Рекомендуемые режимы и сроки хранения рассчитаны на то, что размещаемые на хранение в бытовом холодильнике продукты имеют высокое качество.
Таблица 14
Режимы хранения охлажденных плодов и овощей
в бытовом холодильнике
|
Продукт
|
Рекомендуемая температура хранения, °С
|
Продолжительность
хранения, нед
|
|
Апельсины
|
5-10
|
6-12
|
|
Баклажаны
|
7-10
|
10*
|
|
Перец сладкий
|
7
|
2-3
|
|
Огурцы
|
7-10
|
2-3
|
|
Томаты красные
|
7-10
|
1-2
|
|
Абрикосы
|
-0,5
|
2
|
|
Черника, голубика
|
-0,5
|
3-6
|
|
Вишня, черешня
|
1
|
2-4
|
|
Виноград
|
-1
|
4-12
|
|
Сливы
|
0,5
|
2-7
|
|
Малина
|
0
|
3-5*
|
|
Клубника
|
0
|
1-5*
|
|
Капуста
|
0
|
4-12
|
|
Морковь
|
0
|
12-20
|
* Продолжительность хранения в днях
ГЛАВА 16
ОТЕПЛЕНИЕ И РАЗМОРАЖИВАНИЕ
16.1. Технология отепления и размораживания
Перед употреблением охлажденные, подмороженные и замо роженные продукты подвергают обработке, целью которой явля ется доведение их до состояния, близкого к исходному.
Отепление и размораживание — заключительные операции в непрерывной холодильной цепи, осуществляемые непосредственно перед выпуском пищевых продуктов в розничную торговлю, про мышленной или кулинарной обработкой.
Цель этих операций — приведение продукта в состояние, удоб ное для дальнейшего использования и как можно более близкое к состоянию, свойственному натуральному продукту высокого ка чества. Учитывая, что отепление — это процесс, обратный охлаж дению, а размораживание — процесс, обратный замораживанию, стремятся достичь максимальной обратимости этих процессов.
Отепление. Представляет собой процесс постепенного повы шения температуры охлажденных продуктов до уровня окружаю щего воздуха при максимально полном сохранении их качества.
Отепление позволяет предотвратить отпотевание продуктов (конденсация влаги из воздуха на их более холодную поверхность) при переходе из холодной среды в теплую и соответственно обсе менение поверхностей микрофлорой из воздуха.
Некоторые продукты не нуждаются в отеплении, так как кон денсирующаяся на них при повышении температуры влага не при чиняет им вреда (соленые рыбные товары, сливочное масло и др.). Не нуждаются в отеплении и продукты в герметичной упа ковке при условии их быстрого употребления.
Для таких же продуктов, как плоды, овощи, баночные консер вы, отепление необходимо.
Обычно отепление проводят в воздушной среде, регулируя количество водяных паров и по возможности обеспечивая сте рильность.
Отепление продуктов, осуществляемое в результате теплооб мена с нагретым воздухом, следует проводить так, чтобы избе жать на их поверхности точки росы. В то же время сухой воздух вызывает значительную усушку продукта, что также нежелатель но. Поэтому при отеплении влагосодержание и скорость движе ния воздуха по мере повышения температуры поверхности про дукта регулируют так, чтобы обеспечить хороший теплообмен, избежать перегревания поверхности продукта и приблизить со стояние воздуха при температуре поверхности продукта к состоя нию насыщения водяными парами. Отепление заканчивается, когда температура поверхности продукта становится такой, что при перемещении его в новые условия исключается поверхностная кон денсация влаги.
Проводят отепление в камерах, оборудованных установками или устройствами для кондиционирования воздуха. Кондиционе ры, обеспечивающие необходимые параметры циркулирующего воздуха, оборудованы последовательно включенными воздухоох ладителем и калорифером. Воздух из камеры при помощи венти лятора поступает в кондиционер, где охлаждается и подсушива ется в воздухоохладителе до необходимого влагосодержания, за тем проходит калорифер, подогревается до постоянного влагосо держания и вновь направляется в камеру отепления. Здесь он от дает теплоту продукту, повышая его температуру, а сам охлажда ется и несколько увлажняется.
Во время отепления ускоряются физические, физико-химичес кие, биохимические, микробиологические процессы в продукте. Для торможения микробиологических процессов воздух в камерах подвергают фильтрации, озонированию, УФ-облучению, а также используют другие способы обеззараживания воздуха.
Техника отепления различных продуктов в основном одинако ва. Их размещают так, чтобы была обеспечена свободная циркуля ция воздуха. Продукты в упаковке укладывают в штабеля в шах матном порядке с прокладкой реек между рядами; без упаков ки — располагают в том же порядке, как при хранении, — на под весных путях и стеллажах. Отепление продуктов с резкими специ фическими запахами вместе с другими продуктами недопустимо.
Для отепления продукта должна быть подведена теплота, ко личество которой равно расходу холода при охлаждении того же продукта в том же количестве и в одинаковом по величине темпе ратурном интервале. Теплота, подводимая к продукту при отепле нии в воздухе, расходуется не только на его нагревание, но и на испарение влаги с его поверхности.
Продолжительность отепления зависит от размеров продукта, вида тары, упаковки, их теплофизических свойств, температуры и скорости движения воздуха, начальной и конечной температур продукта.
На практике плоды и овощи при отеплении перемещают из холодильной камеры в коридоры или в специальную камеру, где температура воздуха постепенно повышается, и через 12 — 15 ч — в помещения с температурой 18 — 20 0С.
Отепление переохлажденных плодов и овощей продолжается от нескольких суток до нескольких недель. Только такой режим позволяет достичь максимальной обратимости процесса и обеспе чить высокое качество.
Размораживание. Технологический процесс превращения льда, содержащегося в мороженых продуктах, в жидкую фазу называют размораживанием. Это заключительный технологический процесс холодильной обработки, в течение которого происходит повышение температуры замороженного продукта. Процесс разморажи вания по теплофизической сущности можно рассматривать как обратный замораживанию.
При размораживании температуру продуктов повышают до криоскопической или выше ее в зависимости от целей. Его прово дят для придания продуктам свойств, близких к свойствам неза мороженных (свежих) продуктов.
После размораживания некоторые продукты подвергают даль нейшей переработке (мясо, рыба), используют для производства других продуктов (яичный меланж, овощи, творог) или употреб ляют как готовые (ягоды, зелень, кулинарные изделия, вторые замороженные блюда и т.д.). В первых двух случаях конечная тем пература продуктов в среднем составляет от -1 до +1 0С. При раз мораживании продуктов, не требующих подогрева перед употреб лением (ягоды, плоды, зелень), их нагревают до температуры окружающей среды, а продуктов, которые необходимо подогреть перед употреблением (кулинарные изделия, вторые заморожен ные блюда), — до 70 °С. Процессы размораживания и подогрева замороженных блюд и кулинарных изделий до температуры го товности могут осуществляться отдельно или быть совмещены в один процесс. При размораживании продуктов, для которых не обходима полная кулинарная обработка (полуфабрикаты, рыбные филе и палочки, овощи), в большинстве случаев процесс совме щают с варкой, конечная же температура обработки должна быть равна температуре, при которой продукты полностью готовы к употреблению.
Размораживают почти все мороженые продукты, кроме тех, которые могут быть реализованы в мороженом виде (мясо, рыба, мороженое и др.). Однако перед поступлением в торговую сеть продукты размораживать не рекомендуется, так как даже при непродолжительном хранении в размороженном состоянии может ухудшиться их товарный вид.
Размораживание быстрозамороженных продуктов в мелкой фасовке, как правило, совмещают с кулинарной обработкой.
16.2. Классификация и анализ способов размораживания
пищевых продуктов
В отличие от отепления, которое проводят исключительно воз духом с контролируемыми параметрами, размораживание возмож но в различных средах и при использовании разнообразных ис точников теплоты.
Предприятия пищевой промышленности применяют несколь ко способов размораживания, при которых теплоносителями яв ляются воздух, паровоздушная среда, вода и рассол. Существуют также способы размораживания с помощью ультразвука, инфракрасных лучей, электрического тока высокой, сверхвысокой и промышленной частот и под вакуумом.
Способы размораживания могут быть разбиты на три основ ные группы.
Первая группа — способы, основанные на использовании теплопередающей среды (теплоносителя) с различными теплофизическими свойствами, при которых происходит конвективный на грев паровоздушной смесью, жидкостью, насыщенными парами воды и т.д.
Вторая группа — способы, в основе которых нагрев путем пре образования энергии различных видов в тепловую непосредствен но в обрабатываемом продукте. К таким видам энергии относятся энергия электрического поля различной частоты и энергия ультразвуковых колебаний. С использованием энергии переменного электрического поля нагрев продукции при определенных усло виях может осуществляться равномерно по всему объему, т. е. про исходит безградиентный нагрев.
Третья группа — комбинированные способы, использующие одновременно конвективный и безградиентный нагрев. Может использоваться воздушный, микроволновый, вакуумный, элект роконтактный и другие виды нагрева.
При размораживании в электрическом поле в основном ис пользуются три способа: с применением микроволнового, ди электрического и электроконтактного нагрева.
При микроволновом размораживании одновременному и рав номерному нагреву с помощью электромагнитного поля СВЧ под вергаются все частицы продукта (если продукт однороден и рас пределение поля равномерное), и процесс теплопроводности от сутствует. В связи с этим микроволновое размораживание облада ет самой высокой степенью равномерности нагрева продуктов по всему объему.
Степень равномерности тем выше, чем больше однородность состава продукта и количество содержащейся в нем воды. При микроволновом размораживании продукты можно обрабатывать упаковочных материалах, если они обладают соответствующими диэлектрическими свойствами (полиэтилен, полистирол, лами нированный картон).
Диэлектрическое и электроконтактное размораживание с при менением токов высокой и промышленной частот применяют значительно реже, чем микроволновое.
На практике чаще всего применяют способы размораживания с применением поверхностного нагрева как легко осуществимые, в меньшей степени — комбинированные, реже — с применением объемного нагрева. При применении объемного нагрева процесс происходит значительно быстрее, но характеризуется повышен ным расходом энергии — в 8—10 раз больше, чем при размора живании с применением поверхностного нагрева. Кроме того, ус тановки размораживания с применением объемного нагрева слож ны по конструкции и требуют высококвалифицированного об служивания.
Ниже приведены способы размораживания, применяемые при обработке различных пищевых продуктов.
Мясные полутуши размораживают в основном в воздушной среде. При температуре среды 16 — 22 °С и скорости движения воздуха 1 — 2 м/с продолжительность процесса 12— 16 ч. При этом отно сительную влажность воздуха поддерживают на уровне 90 —95 %. Этот способ получил широкое распространение на мясоперера батывающих предприятиях из-за небольшой продолжительности процесса и сокращения потерь массы продукта (приблизительно на 25 — 30 %) по сравнению со способами размораживания мяса при пониженных температурах воздушной среды (6 — 8 °С).
Разработаны также способы двух- и трехстадийного размора живания мясных полутуш, предусматривающие переменные ре жимы обработки. При двухстадийном размораживании применя ют повышенную температуру воздушной среды на первой стадии обработки t1 = 30 — 35 °С. При этом относительная влажность воздуха 1 = 85 — 90 %, а скорость его движения 2 — 2,5 м/с. При дос тижении на поверхности мяса температуры, равной температуре точки росы циркулирующего воздуха, размораживание осуществляют при температуре t2 = 20 — 22 °С и относительной влажности 2 = 90 — 95 %. При этом скорость воздушной среды может оста ваться постоянной или снижаться до 0,2 — 0,3 м/с.
При трехстадийном размораживании мясных полутуш в начале процесса также применяется повышенная разность температур между воздухом и поверхностью мяса (до 50 — 60 °С). При этом относительная влажность воздуха достаточно низкая — не превы шает 60 %, а его циркуляция интенсивная — 4 — 5 м/с. И все же на первой стадии размораживания обычно не удается избежать конденсации влаги на поверхности полутуш. Однако влага из воздуха вследствие интенсивной циркуляции испаряется относительно (продолжительность периода конденсации не превышает 1 — 1,5 ч). Первая стадия заканчивается при достижении на поверх ности мяса температуры, равной криоскопической. На второй ста дии температура воздуха остается повышенной, а скорость его движения уменьшается до 2 — 2,5 м/с. На третьей стадии при дос тижении на поверхности мяса температуры, равной температуре точки росы циркулирующего воздуха, его температуру поддержи вают на уровне 20 0С, а относительную влажность повышают и поддерживают в пределах 90 — 95%. На этой стадии происходят собственно размораживание и выравнивание температур во всем объеме полутуш.
Способы обработки с применением переменных режимов воз душной среды позволяют сократить продолжительность процес са размораживания не менее чем на 30 — 40 %, а также умень шить потери массы продукта в 1,5 раза или полностью их ликви дировать.
Размораживание мясных полутуш в воздушной среде с исполь зованием ультрафиолетового излучения дополнительно уменьша ет бактериальную обсемененность мяса. Бактерицидный эффект ультрафиолетового излучения зависит от параметров воздушной среды. При относительной влажности среды выше 60 % бактери цидный эффект несколько снижается, что объясняется частич ным отражением ультрафиолетовых лучей от образующейся на по верхности полутуш пленки воды. Несмотря на это, эффект от применения источников ультрафиолетового излучения при размора живании мяса в воздушной среде неоценим, особенно для мясо перерабатывающих заводов и комбинатов, где все мясное сырье (мясные полутуши, четвертины, отрубы, блоки) подвергается размораживанию.
Обычно бактериальная обсемененность поверхности мяса, раз мороженного в воздушной среде при контролируемых параметрах с применением ультрафиолетового излучения, в десятки — сотни (а в отдельных случаях даже в тысячи) раз меньше бактериальной обсемененности замороженного мяса, поступившего на размора живание.
Известен также способ размораживания мясных полутуш, чет вертин и отрубов в вакууме. Он основан на использовании скрытой теплоты конденсации пара при температурах, не вызывающих ка ких-либо изменений на поверхности мяса. При размораживании температуру среды поддерживают на уровне от 15 до 20 °С, давле ние — не более 2,8 кПа. Одно из основных достоинств разморажи вания в вакууме — относительно высокий коэффициент теплоот дачи. Если при размораживании мяса в воздушной среде коэффициент теплоотдачи а в среднем составляет 15 — 45 Вт/(м2·К), то при размораживании в вакууме а не ниже 100 — 200 Вт/(м2 · К). Это объясняется повышенными значениями при конденсации водя ного пара в вакууме. Пар при вакуумном размораживании получают в специальном парообразователе. Температура пара, образую щегося в вакууме, соответствует равновесному его давлению, по этому при поддержании заданного давления среды автоматически поддерживается заданная температура продукта. При этом достига ется равномерное размораживание и отсутствуют потери массы.
На практике способ размораживания мясных полутуш и чет вертин в вакууме пока не применяется.
Мясные блоки размораживают в воздушной среде, с применением жидких сред и в вакууме. Конечная температура разморо женных мясных блоков в среднем составляет от -3 до 0 °С.
Наибольшее распространение на мясоперерабатывающих пред приятиях получили способы размораживания в воздушной среде. При этом параметры среды составляют: t = 8—16 °С, = 90 —95 %, v = 0,5 — 2 м/с. Продолжительность размораживания блоков тол щиной 120 мм при указанных параметрах среды не превышает 20 ч.
Значительно реже применяют размораживание мясных блоков в жидких средах и вакууме. При размораживании в жидких средах чаще всего применяют воду, погружая продукт в нее или орошая его разбрызгиваемой водой. Блоки размораживают в упакованном виде в полимерных мешках для исключения непосредственного контакта с водой и сохранения качества.
Для размораживания мясных блоков в вакууме применяют те же параметры среды, что и при размораживании мясных полутуш и четвертин. В этом случае продолжительность процесса сокраща ется в 1,5 — 2 раза по сравнению с продолжительностью размора живания блоков в воздушной среде.
Мясные блоки размораживают также в электрическом поле с применением микроволнового нагрева.
Тушки птицы размораживают в воздушной и жидких средах и в вакууме. В воздушной среде их размораживают с применением ре жимов, аналогичных режимам обработки мясных блоков. Продол жительность процесса при t =15 °С, = 90 % и v = 2 м/с в среднем составляет 4 ч. При размораживании тушек птицы (в упакованном виде) водой применяют способы обработки погружением или оро шением. При погружении рекомендуется скорость циркуляции воды не более 0,3 м/с. Температура воды при погружении и орошении обычно не превышает 25 °С.
Наилучшее качество достигается при размораживании погру жением в воду температурой от 5 до 15 0С. Продолжительность про цесса в среднем равна 2 — 3,5 ч.
Блоки сливочного масла размораживают в воздушной среде при температуре 10 — 12 °С и относительной влажности воздуха 55 — 60 % за 4 — 5 сут. При этом относительно быстро испаряется иней с поверх ности упаковки блоков и продукт предохраняется от плесневения.
Блоки творога размораживают в воздушной среде, а также с помощью жидких теплоносителей, циркулирующих через теплопередающую стенку. В воздушной среде творог размораживают при относительно высоких температуре (от 35 до 40 °С) и скорости движения воздушного потока (3 — 4 м/с) во избежание ухудше ния качественных показателей (особенно в поверхностном слое), которое происходит при медленном размораживании. При размо раживании с применением жидких теплоносителей (через теплопередающую стенку) применяют воду или рассол, подогре тые до 40 — 50 0С. Конечная температура творога в среднем со ставляет 0 °С.
Рыбу размораживают в воздушной среде, жидких средах, элек трическом поле и в вакууме. Конечная температура рыбы после размораживания в среднем равна 0 °С. При размораживании в воз душной среде поддерживают температуру от 8 до 10 °С, относительную влажность 90 — 95 %. Во избежание порчи продукта про должительность размораживания рыбы в воздушной среде не долж на превышать 24 — 28 ч. Известны также способы размораживания рыбы, герметично упакованной в пакеты, воздухом, диоксидом углерода или азотом под избыточным давлением до 1,8 МПа.
Наиболее широкое распространение получили способы размо раживания рыбы водой. По сравнению с воздухом у воды как теп лоносителя есть преимущества: относительно большая теплоем кость позволяет сократить расходы воды, а высокие коэффициент теплопроводности и плотность способствуют увеличению коэф фициента теплоотдачи от теплопередающей среды к разморажи ваемому продукту. При этом продолжительность процесса сокра щается не менее чем в 3 — 5 раз по сравнению с размораживанием рыбы в воздушной среде. Для интенсификации процесса обработ ки водой дополнительно применяют различные методы механи ческого воздействия на размораживаемые продукты (покачива ние, вибрация, удар, барботирование воды сжатым воздухом). Недостатки — некоторое ухудшение качества продукта в резуль тате непосредственного контакта с циркулирующей водой, за грязнение окружающей среды водорастворимыми белками и от носительно большой расход воды.
При размораживании блоков рыбы в электрическом поле при меняют микроволновый, диэлектрический и электроконтактный нагрев.
Плоды и овощи размораживают в воздушной среде при темпе ратуре около 15 0С. Продолжительность процесса в среднем со ставляет 3 ч. Для быстрого размораживания плодов применяют также заливку их горячим сиропом или желе, имеющим темпе ратуру около 70 °С, при этом продолжительность разморажива ния до температуры окружающей среды не превышает 30 мин. Размороженные таким способом плоды полностью готовы к упот реблению, их аромат и выделяющиеся соки максимально сохра няются.
Известны также способы размораживания плодов, заморожен ных в полиэтиленовых пакетах, предусматривающие микровол новый нагрев, а также нагрев погружением в теплую воду, если продукты предназначены для использования при производстве компотов.
Замороженные блюда перед употреблением размораживают и подогревают до 70 °С. В зависимости от вида блюд и упаковки при меняют размораживание и подогрев в кипящей воде, в потоке горячего воздуха, имеющего естественную или принудительную циркуляцию, и микроволновый нагрев.
16.3. Устройства для размораживания сырья и продуктов питания
Размораживание полутуш. Камеры и туннели для разморажива ния мясных полутуш конструктивно выполняют аналогично каме рам и туннелям охлаждения. Отличие заключается в оборудовании, предназначенном для тепловлажностной обработки воздуха. Исклю чение составляют камеры с воздушно-радиационной системой, при меняемые только для охлаждения и замораживания мясных полу туш. Для размораживания мясных полутуш применяют также каме ры с боковым и нижним воздухораспределением (рис. 20).
В качестве оборудования для тепловлажностной обработки воз духа при размораживании мясных полутуш применяют отдельные устройства для нагревания и увлажнения воздуха, а также единые воздухообрабатывающие агрегаты, предназначенные для центра лизованной подготовки воздуха. Для нагревания воздуха применя ют паровые и водяные воздухонагреватели. Регулирование теплопро-изводительности паровых воздухонагревателей не обеспечивает заданной точности поддержания температурного режима размо раживания, поэтому предпочтительна установка водяных возду хонагревателей, имеющих не менее двух-трех секций подогрева для более гибкого регулирования температурного режима на раз личных стадиях размораживания.
Рис. 20. Схемы камер размораживания полутуш с боковым (а) и нижним (б) воздухораспределением:
1 — камера размораживания; 2 — боковой воздухораспределительный канал;
3 — приточный воздуховод; 4 — центробежный вентилятор; 5 — воздухообрабатывающий агрегат; 6 — нижний воздухораспределительный канал
Для увлажнения воздуха применяют форсунки тонкого распыления воды, устанавливаемые непосредственно в камерах размораживания, а также паровые увлажнители, подающие пар в камеру увлажнения воздухообрабатывающего агрегата, приточный воздуховод, воздухо распределительные каналы или в воздушную струю, выходящую из распределительных устройств. При увлажнении воздуха водой при меняют пневматические форсунки, осуществляющие тонкое распы ление, при котором разбрызгиваемая вода испаряется без остатка. Воду подводят от общей водопроводной магистрали предприятия, а сжатый воздух — от воздушного компрессора. Обычно расход сжа того воздуха одной форсункой составляет (0,97 — 1,25)10-3 кг/с при избыточном давлении 100 —150 кПа. Производительность одной форсунки по воде равна (0,6—1,3) 10-3 кг/с и зависит от ее конст рукции и диаметра выходного отверстия.
При увлажнении воздуха паром применяют неавтономные па ровые увлажнители, выполненные в виде перфорированных тру бопроводов и потребляющие пар от паровой магистрали пред приятия или парогенератора, и автономные паровые увлажните ли, вырабатывающие пар с помощью терморадиационных излу чателей (терморадиационные увлажнители). Во избежание попа дания конденсата в зону размещения продукта паропроводы про кладывают с уклоном 0,005 в сторону, противоположную движе нию пара. В качестве воздухообрабатывающих агрегатов применя ют неавтономные секционные, автономные шкафные и также аг регатные кондиционеры.
Размораживание блоков различных продуктов. Для разморажи вания мясных, молочных и рыбных блоков в основном применя ют аппараты погружного и оросительного действия, использую щие погружение продуктов в ванну с водой или орошение их во дой. В некоторых устройствах орошение водой сопровождается об дувом размораживаемых продуктов воздушным потоком.
Так, при размораживании рыбы водой в аппаратах погружного типа применяют проточную и непроточную воду, а также рассол. При использовании проточной воды рыба одновременно промы вается. Отношение массы рыбы к массе непроточной воды в сред нем должно составлять не менее 1 : 4 или 1 : 5.
Ванны оснащены решетками с параллельными прутьями, че рез которые рыба, отделившаяся от блока, поступает на рабочий транспортер и удаляется из устройства.
В аппаратах погружного типа, предназначенных для размора живания блоков рыбы рассолом, одновременно осуществляется ее посол. В них обрабатывают рыбу, направляемую на производ ство копченых изделий (тюлька, килька и т.д.). Для интенсифика ции процесса аппарат оборудован вибратором, а для механичес кого отделения рыбы от блоков и подачи ее к транспортеру вы грузки — лопастными вертушками.
Аппараты оросительного типа могут быть с горизонтальным и вертикальным расположением транспортеров для перемеще ния продукта. В первом случае горизонтально расположенные транспортеры имеют небольшой наклон в сторону, противопо ложную перемещению продукта. Это создает противоточное дви жение продукта и пленки стекающей воды и способствует ин тенсификации процесса. В аппаратах оросительного типа с вертикальным расположением транспортера он выполнен зигзаго образно, продукт движется снизу вверх, а разбрызгиваемая вода — сверху вниз.
Аппараты оросительного типа характеризуются наибольшей скоростью размораживания, но отличаются значительным расхо дом воды. Для уменьшения ее расхода на тепловую обработку про дукта применяют аппараты оросительно-погружного типа с барботированием воды паром и сжатым воздухом. В аппарате ороси тельно-погружного типа, оборудованном транспортером с кассе тами и вибролотком, блок мороженой рыбы с загрузочного стола подает в кассету верхнего транспортера. Кассеты изготовлены разборными в виде скобообразных кронштейнов. В момент поступле ния блока кронштейны кассеты раскрыты. При переходе цепи транспортера на прямолинейный участок кассета закрывается, блок из горизонтального положения переходит в вертикальное. На прямолинейном участке транспортера блоки в кассетах под вергаются интенсивному орошению водой, подаваемой из оро шающего устройства. Орошающее устройство снабжено конус ными обтекателями с каплеобразными вершинами, способству ющими образованию водяной пленки по периметру блоков. Об текатели выполнены подвижными для регулирования расхода подаваемой воды. При повороте транспортера кассеты с блоками поворачиваются относительно первоначального положения на 180°. В этом положении блоки продолжают орошаться водой до Перемещения на криволинейный участок транспортера. При дви жении кассет по криволинейному участку кронштейны откиды ваются, блоки выпадают на нижний транспортер. Если блок ос тался в кассете, упоры выталкивателя сбрасывают его на вибролоток. Там он распадается. Дополнительно тепловой обработке рыба подвергается на нижнем транспортере, который погружен в ванну с водой.
Аппараты оросительно-погружного типа изготавливают также с двумя зонами орошения: с температурами 35 — 40 и 18 — 20 °С. Каждая зона имеет свою ванну, оборудованную цепным конвей ером с вибратором, а также системой циркуляции и подогрева воды до заданной температуры. Цепной конвейер оснащен перфо рированными ковшами, в которые загружают мороженую рыбу. Вибрация ковшей способствует более интенсивному распаданию размораживаемых блоков.
При размораживании продуктов в воздушной среде применяют камеры и аппараты периодического или непрерывного действия.
На рис. 21, а приведена схема аппарата туннельного типа с продольным движением воздушного потока.
Для ускорения размораживания рыбы в воздушной среде при меняют интенсивную циркуляцию (идо 4 — 5 м/с), повышенную влажность, вибрацию, а также повышенное давление. Кроме того, применяют установку электронагревательных элементов непосредственно в зоне размещения продукта (совместный теплообмен кон векцией и излучением), а также наложение поля токов сверхвы сокой частоты (микроволновый нагрев).
Установки с применением принудительной циркуляции воздуха и электро- или микроволнового нагрева применяют, как прави ло, для размораживания и одновременного нагревания продуктов.
Рис. 21. Схемы аппаратов для размораживания рыбы в воздушной среде:
а — туннельного типа; б — камерного типа; 1 — корпус; 2 — направляющий канал; 3 — вентилятор; 4 — паровой увлажнитель; 5 — поверхностный воздухо нагреватель; 6— конвейер; 7— полки с продуктом; 8 — электронагревательные элементы
Для размораживания и одновременного нагревания рыбного филе потоком воздуха и электронагревательными элементами применяют аппараты камерного типа (рис. 21, б), в которых осе вой вентилятор подает горячий воздух к продукту через сетчатые полки. На полках размещают противни с продуктами, а нагревательные элементы устанавливают в воздушном канале и между полками.
Известны также аппараты комбинированного типа, в которых рыбу размораживают воздухом и водой. Брикеты мороженой рыбы вначале движутся в зоне обдува воздушным потоком в течение 5 — 15 мин, затем в течение 30 — 35 мин проходят через зону ин тенсивного орошения водой, после орошения они погружаются в ванну с водой и перемещаются в ней в течение 20 — 30 мин; при этом осуществляется барботирование воды сжатым воздухом и паром, в результате создается максимальный эффект кавитации воды и достигается ускорение процесса не менее чем вдвое по сравнению с размораживанием в неподвижной воде.
Установки для размораживания продуктов токами сверхвысо кой и высокой частот представляют собой аппараты туннельного типа, в состав которых входят ленточный транспортер для пере мещения продукта и устройства для получения СВЧ- и ВЧ-энер-гии. При прохождении через продукт электромагнитных волн про исходит частичное поглощение энергии волны и преобразова ние ее в тепловую энергию. Конечную температуру разморажи ваемого продукта можно регулировать подачей определенного количества СВЧ- и ВЧ-энергии в рабочую камеру туннеля с по мощью регулирующего устройства, но более удобно регулирова ние времени выдержки путем изменения скорости движения конвейера.
Установка для размораживания продуктов в вакууме (рис. 22) состоит из герметичной камеры с откидными крышками, ваку ум-насоса, ванны с водой и линии подачи пара. Давление в каме ре около 2,4 кПа (при 20 °С) создается двухступенчатым водокольцевым вакуум-насосом. Для создания давления примерно 0,93 кПа (при 6 °С) применяют воздушный эжектор, соединен ный с вакуум-насосом, 0,83 кПа (при 4 °С) — паровой эжектор. Насыщенную паровую среду в камере создают путем подогрева воды в ванне паром или путем прямой подачи (инжекции) пара в камеру. В результате размораживание осуществляют в среде насы щенного пара при указанном выше давлении и температуре не более 20 °С, относительной влажности воздуха 100%. При таких параметрах создаются равномерные условия тепловой обработки продуктов и отсутствуют явления перегрева, которые могут иметь место при размораживании в воздушной среде. Достигается также ускорение процесса по сравнению с размораживанием в воздуш ной среде. Например, блоки трески толщиной 100 мм разморажи вают за 4,5 ч (при 20 °С), а в воздушной среде — за 6 — 8 ч в зави симости от скорости движения воздуха.
Рис. 22. Схема аппарата для размора живания продуктов в вакууме:
1 — герметичная камера; 2 — тележки с продуктом; 3 — предохранительный клапан; 4— вакуум-линия; 5— откид ная крышка; 6 — поддон; 7 — линия подачи пара
Размораживание и подогрев упакованных быстрозамороженных пищевых продуктов. Применяют аппараты тепловой обработки в воздушной, газовой, паровоздушной и паровой средах и с инф ракрасным и микроволновым нагревом. Продукты обрабатывают в упаковочных материалах, устойчивых к отрицательным и высо ким положительным температурам (до 200 °С). Аппараты для ука занной тепловой обработки могут быть периодического и непре рывного действия, выполненные в виде камер, туннелей, шка фов и печей.
Обработка продуктов осуществляется с принудительной цир куляцией теплопередающей среды или без нее.
В аппаратах с принудительной циркуляцией теплопередающей среды теплота продукту передается конвекцией (воздушная и паровоз душная среда), а также конвекцией и радиацией (воздушная сре да; нагрев среды и продукта осуществляется электронагревательными элементами, лампами инфракрасного излучения, устрой ствами микроволнового нагрева, теплопередающими трубками, внутри которых циркулирует теплоноситель). Применение прину дительной циркуляции воздушной и паровоздушной сред способ ствует ускорению процесса на 40 % и более, поэтому в промыш ленном производстве аппараты с принудительной циркуляцией применяют гораздо чаще, чем с естественной.
Наиболее широко применяются аппараты с микроволновым на гревом. В связи со значительной скоростью процесса такие аппара ты оборудуют устройством цикличного управления системой на гревания для выравнивания температуры по объему обрабатывае мых продуктов, а также исключения перегрева их поверхности. Достоинства аппаратов — компактность, доступность автомати зации, хороший товарный вид размороженных продуктов. Недо статок — повышенный расход электроэнергии и сложность элек тронной системы управления. Кроме того, чтобы достичь равно мерности размораживания, желательно закладывать в них про дукты только правильной геометрической формы.
Схемы аппаратов для размораживания и подогрева продуктов в паровоздушной среде (рис. 23) имеют теплоизолированный корпус, который оборудован вертикальным (см. рис. 23, а) или горизон тальным (см. рис. 23, б) направляющим каналом для создания заданного направления циркуляции паровоздушной среды. Необ ходимое количество пара подается в воздушную среду с помощью ванны с водой, оборудованной нагревательными элементами. Заданные параметры циркулирующей среды поддерживаются путем программного включения устройства для нагревания, установлен ного в направляющем канале, и нагревательных элементов, уста новленных в ванне с водой.
Аппараты для размораживания и подогрева продуктов в воздуш ной среде с использованием принудительной циркуляции и электро обогрева оборудуют импульсной
Рис. 23. Схемы аппаратов для размораживания и подогрева готовых замо роженных блюд и кулинарных изделий:
а, б — в паровоздушной среде; в — с комбинированным энергоподводом; А, Г — зоны микроволнового нагрева; Б — зона циркуляции теплоносителя; В — зона инфракрасного излучения; 1 — направляющий канал; 2 — теплоизолированный корпус; 3 — нагревательный элемент; 4 — вентилятор; 5 — стеллажи; 6 — ванна с водой; 7— продукт; 8, 10 — заслонки; 9 — волновод; 11 — трубопровод подачи теплоносителя; 12 — лампы инфракрасного излучения; 13 — рабочий канал; 14— ленточный конвейер
системой энергоподвода. Длитель ность циклов подачи энергии и интервалов между импульсами контролируется автоматическими средствами по заданной про грамме. Программа управления энергоподводом изменяется в за висимости от толщины и свойств продукта. При включении на гревательных элементов температура поверхностного слоя продук тов быстро повышается. В периоды, когда нагревательные элемен ты, расположенные в зоне размещения продукта, отключены, теплота передается от поверхностных слоев продукта к внутрен ним, и температура поверхностных слоев понижается, несмотря на то, что температура воздуха в камере поддерживается на задан ном уровне. Чтобы предотвратить повышение температуры продук та, аппараты дополнительно оборудуют охлаждающей системой, позволяющей более точно регулировать температуру воздуха. Кро ме того, охлаждающая система позволяет хранить замороженные продукты при отрицательной температуре, а размороженные — при низкой положительной температуре (4 — 6 °С).
Аппараты для размораживания и подогрева продуктов в воз душной среде с использованием принудительной циркуляции и электрообогрева также выполняют в виде аппаратов конвейерно го типа. В них предусматривают программное управление конвей ером, позволяющее регулировать продолжительность тепловой обработки продуктов, при этом устройства для подвода теплоты (трубчатые нагревательные элементы или кварцевые излучатели) располагают над и под конвейером. Теплота от верхних нагревате лей поступает через экран и передается продукту сверху, а от ниж них — через ленту конвейеров, причем нагреватели, расположен ные над конвейером, размещают на различной высоте от продук тов в зависимости от их вида и необходимой интенсивности теп ловой обработки.
Для размораживания и подогрева готовых к употреблению пищевых продуктов и замороженных блюд применяют также аппараты с позонной обработкой. Продукты подвергают тепловой обработке последовательно в различных зонах путем микроволнового нагрева, инфракрасного излучения и циркуляции теплоносителя. Аппараты разделены на рабочие зоны А, Б, В и Г (см. рис. 23, в). I Размораживаемый продукт движется по рабочему каналу на лен точном конвейере. Лента конвейера изготовлена из материала, пропускающего сверхвысокочастотное электромагнитное излучение.
В зоне А продукт размораживается с помощью высокочастот ной энергии. Во время обработки продукта в зоне А доступ в нее перекрывается заслонками, что предотвращает утечку электромаг нитной энергии. В зоне Б заданная температура поддерживается с помощью жидкого теплоносителя, в зоне В — лампами инфра красного излучения. Последняя стадия тепловой обработки про исходит в зоне Г, выполненной аналогично зоне А. В зависимости от вида продуктов и заданной конечной температуры их обработ ку можно производить не во всех зонах, а выборочно.
16.4. Изменения, происходящие в продуктах питания
в процессе размораживания
При замораживании и последующем хранении продукты под влиянием различных процессов претерпевают изменения, часто необратимые, поэтому исходные их свойства при разморажива нии восстанавливаются не полностью.
Размораживание протекает медленнее замораживания при од ной и той же разнице температур, что связано с тем, что условия теплопередачи различны для льда и воды. Для обеспечения фазо вого перехода льда в воду необходим приток очень большого количества теплоты. В то же время теплопроводность льда в 4 раза больше теплопроводности воды. При замораживании сначала за мерзают поверхностные слои, их теплопроводность увеличивается, повышается теплообмен, что и ускоряет процесс заморажива ния. При размораживании, напротив, в первую очередь размора живаются поверхностные слои, что приводит к резкому снижению теплопроводности и теплообмена и соответственно уменьшению скорости самого процесса. Так, если время замораживания продук та составляет 28 мин, то размораживания — около 52. Замедление процесса в основном приходится на самый критический диапазон температур (в районе точки плавления льда). При размораживании (особенно крупных объектов) это связано с перекристаллизацией, что может вызвать дополнительное повреждение тканей.
На качество размороженного продукта существенно влияют скорость и конечная температура замораживания: качество про дуктов, быстро замороженных при низких температурах (-30 °С и ниже), сохраняется лучше, чем при медленном замораживании. Для сохранения высокого качества быстрозамороженный пище вой продукт необходимо так же быстро разморозить.
Воздействие процессов замораживания и размораживания на качество продуктов в размороженном состоянии исследователи объясняют с позиций теории кристаллизации воды. Скорость за мораживания — решающий фактор, влияющий на количество, размеры и равномерность распределения кристаллов льда в тка нях. От размеров кристаллов зависит степень сохранения целост ности естественной структуры тканей. Если кристаллы льда невелики и их размещение примерно соответствует естественному рас пределению жидкости в мышечной ткани, то коллоидные систе мы продуктов не претерпевают значительных изменений и пол нее восстанавливаются после размораживания.
Степень разрушения структурных элементов тканей зависит так же от глубины автолитических процессов в момент заморажива ния. Кроме того, при хранении происходят увеличение кристал лов льда, дальнейшее углубление автолитических процессов, «ста рение» белковых коллоидных систем и мембран клеток.
Изменения коллоидной структуры тканей, вызываемые пере распределением воды и увеличением концентрации жидкой фазы при замораживании, отражаются на величине влагосвязывающей способности после размораживания. Она тем больше, чем выше скорость и ниже температура замораживания.
Основными факторами, вызывающими образование и обиль ное вытекание клеточного сока при замораживании-разморажи вании, являются денатурация белков в результате отделения воды от белковой субстанции; рост концентрации минеральных веществ в растворах, содержащихся внутри и вне волокон; механическое воздействие кристаллов льда на стенки мышечных волокон и со единительнотканные межволоконные прослойки и т.д.
Степень воздействия этих факторов определяется скоростью кристаллообразования и глубиной фазового превращения воды. Максимальное количество воды переходит в лед при заморажива нии продуктов при температуре от -1 до -5 °С. В связи с этим интенсивность теплообмена при прохождении температурной зоны от -1 до -5 °С при замораживании и от -5 до -1 0С при разморажи вании имеет большое значение для получения продукта высокого качества. Чем быстрее пройден этот температурный интервал при замораживании и размораживании продуктов с тканевой струк турой, тем меньше сока вытечет из размороженного продукта, тем лучше будет его качество.
Изменения, происходящие в пищевых продуктах на всех эта пах холодильной обработки (охлаждение, замораживание, хране ние), становятся заметными только в размороженном виде и про являются в вытекании клеточного сока, его количестве и составе. Естественно, характер и глубина изменений зависят как от усло вий холодильной обработки, так и от способа и скорости размо раживания.
Чтобы восстановилось содержание влаги в ткани, она должна сначала пройти фазовое превращение (лед —вода), затем проник нуть и восстановиться в тех белковых субстанциях и коллоидных системах, из которых она диффундировала в межклеточное и меж волоконное пространства при замораживании и хранении с по мощью диффузионно-осмотических сил. Способность белковых субстанций и коллоидных систем поглощать и связывать влагу определяется их биологической активностью, которая зависит от режимов холодильной обработки продуктов, включая и размора живание.
В начальный период медленного размораживания мышечная ткань оказывается под воздействием концентрированных солевых растворов, что вызывает частичную денатурацию белков и разру шение коллоидных систем. Последние способствуют, в свою оче редь, образованию и вытеканию сока после размораживания и во время последующей обработки. Кроме того, при медленном размораживании быстрозамороженных продуктов сначала происхо дит укрупнение кристаллов льда, которое сопровождается повреж дением структуры ткани и способствует вытеканию сока из про дуктов.
При быстром размораживании действие концентрированных растворов менее выражено, поэтому наблюдается лишь незначи тельное выделение сока. В то же время сочетание быстрого размо раживания с медленным замораживанием в значительной степе ни снижает качество продукта.
Интенсификация процесса размораживания путем увеличения разницы температур за счет применения более теплой среды мо жет привести к возникновению местных перегревов поверхности, что отрицательно сказывается на качестве продукта. При повышении температуры может также произойти микробиальная порча поверхностных слоев продукта до размораживания внутренних слоев.
Для пищевых продуктов с тканевой структурой (мясо, рыба, птица) наиболее важным показателем обратимости свойств при размораживании является потеря сока. Это внешний признак де натурации белковых веществ. Основной компонент сока — вода, которая не поглощается продуктом при размораживании, а также вода, выделяющаяся из продукта под воздействием сжатия. Выде ление сока из продуктов может сопровождаться значительными потерями растворимых веществ — витаминов, ферментов, мине ральных веществ, белков саркоплазмы и др.
Потери сока при размораживании мяса зависят от его вида. Так, максимальные потери отмечаются в говядине, меньшие — в теля тине и баранине, минимальные — в свинине. При этом потери сока мясом более высокого качества при размораживании, как правило, ниже, чем низкокачественного. В целом количество мяс ного сока составляет около 5 % общего количества замороженно го мяса, у не полностью созревшего мяса оно может увеличивать ся до 40 %. Однофазное замораживание, проводимое до начала развития процессов посмертного окоченения, замедляет развитие гликогенолиза и сжатия при размораживании, связанного с по вышенным выделением сока.
Потери сока при размораживании мяса птицы зависят от фи зиологического состояния мышц в момент замораживания, они максимальны на стадии окоченения и менее значительны на дру гих стадиях. Имеет значение и скорость замораживания. При мед ленном замораживании в воздухе потери увеличиваются в 3 раза по сравнению с иммерсионным методом.
Потери сока при размораживании рыбы подчиняются тем же закономерностям, что и при размораживании мяса, но в целом они выше. Величина потерь зависит от вида рыбы, ее формы, жир ности, расположения мышц в тушке и др.
Качество размороженных плодов зависит от их вида, сорта, условий хранения. В некоторых случаях методы замораживания имеют второстепенное значение. В то же время установлено, что диэлектрически размороженная продукция отличается более вы соким содержанием неповрежденных плодов, лучшей консистен цией, меньшими потерями витамина С.
Интенсивность качественных изменений в размороженных про дуктах обусловлена прежде всего динамикой микробиологических и ферментативных процессов. В продуктах животного происхождения воздействие тканевых ферментов проявляется главным образом в гид ролитическом распаде белков, в результате которого создаются бла гоприятные условия для развития гнилостной микрофлоры.
Микробиологические процессы в быстрозамороженном мясе протекают после размораживания почти с такой же скоростью, что и в охлажденном, при тех же условиях хранения. Конденсация водяного пара при размораживании вызывает ускоренное разви тие микроорганизмов, а в медленно замороженном мясе эти про цессы протекают быстрее, что объясняется большей его фермен тативной активностью.
Сохраняемость плодов и овощей после размораживания мень ше, чем продуктов животного происхождения, поскольку они обладают меньшей стойкостью по отношению к микробиологи ческим и биохимическим процессам. Поэтому размороженные продукты вследствие быстрой порчи и ухудшения товарного вида в розничную торговлю не поступают. Они должны быть макси мально быстро использованы или переработаны.
16.5. Методы расчета параметров процесса размораживания
отдельных видов продуктов
При размораживании к мороженым продуктам подводится теп лота, количество которой зависит от удельной теплоты размора живания и массы продукта. Удельная теплота размораживания, в свою очередь, зависит от начальной и конечной температур про дукта и количества содержащейся в нем воды.
Количество теплоты, необходимое для полного разморажива ния продукта, определяется по формуле
Q = G [cм (tкр –) + rW + c0 (tс.к – tкр)], (83)
где G — масса продукта, кг; с0, см, — удельная теплоемкость продукта соответственно до и после размораживания, Дж/(кг • К); tкр - криоскопическая температура продукта, °С; tн, tс.к — соот ветственно начальная и средняя конечная температуры продукта, °С; r — скрытая теплота плавления кристаллов льда, Дж/кг; W — содержание воды в продукте, в долях единицы; — степень вы мораживания воды.
Как следует из формулы, количество теплоты, которое необхо димо подвести к продукту, состоит из теплоты для повышения его внутренней температуры до криоскопической, теплоты таяния (фа зовое превращение) и теплоты, требуемой для повышения темпе ратуры уже размороженного продукта до заданной конечной.
Окончание процесса размораживания определяют по криоско пической температуре в тепловом центре продукта. Конечная же температура размороженного продукта зависит от его целевого назначения (употребление, кулинарная обработка, производство других продуктов и т.д.).
Продолжительность размораживания продуктов при обработке в одном и том же интервале температур зависит от способа пере дачи теплоты. Процессы, передача теплоты в которых осуществ ляется с использованием поверхностного нагрева продуктов (пу тем теплообмена между поверхностью продукта и теплопередающей средой, а затем путем теплопроводности от поверхности к внутренним слоям продукта), продолжаются часы и сутки, в то время как размораживание с объемным нагревом продукта про исходит за минуты.
Продолжительность процессов размораживания при всех спо собах передачи тепла зависит от размеров продуктов. Кроме того, при объемном нагреве она зависит от электрофизических харак теристик, частоты и напряжения электрического поля; при поверхностном — от теплопроводности и теплоты фазового перехо да, а также температуры, скорости движения и вида теплопередающей среды (воздух, вода, рассолы, растворы).
Продолжительность размораживания в воздушной среде про дуктов, имеющих форму пластины, рассчитывают по формуле (52) из подраздела 12.4 без учета коэффициента формы продукта Кф. Для продуктов, имеющих неправильную геометрическую форму, приближающуюся к шару, можно в эту формулу подставить сред нее значение половины диаметра продукта dnp вместо l:
(84)
где Vnp — объем продукта, м3.
Для расчета коэффициента теплоотдачи от поверхности мяс ных полутуш к воздуху, подаваемому струями, направленными сверху вниз, применяют зависимость
Nu = 0.17 Re0.7, (85)
в которой за определяющий размер принимают толщину бед ренной части. Критерий Рейнольдса рассчитывают с учетом ско рости движения воздуха в зоне расположения бедренных частей полутуш. Теплофизические константы воздуха принимают по сред ней его температуре у полутуши.
Продолжительность размораживания мясных полутуш в воз душной среде можно определить также с помощью номограмм, рекомендованных А. М. Бражниковым (рис. 24). Номограммы пре дусматривают определение Bi и Fo для мороженого и разморо женного мяса:
Biм = al / (2np.м); Bi = al / (2np); (86)
Foм = апр.м 1 / (l / 2)2; (87)
Fo = апр 2 / (l / 2)2, (88)
где Biм — критерий Био для мороженого мяса; l — толщина бед ренной части полутуши, м; np.м — коэффициент теплопроводно сти замороженного мяса, Вт/(м · К); Bi — критерий Био для раз мороженного мяса; np — коэффициент теплопроводности размо роженного мяса, Вт/(м • К); Foм, Fo — критерий Фурье соответ ственно для мороженого и размороженного мяса; апрм и апр — ко эффициенты температуропроводности соответственно мороженого и размороженного мяса, м2/с; 1и 2 — продолжительность размо раживания соответственно поверхностного слоя бедренной части полутуши и центра бедренной части, полутуши, с.
Рис. 24. Номограммы для определения продолжительности разморажива ния мясных полутуш при различной температуре воздуха:
а — поверхностного слоя бедренной части; б — внутренних слоев (центра) бедрен ной части; 7 — при 6°С; 2 — при 10°С; 3 — при 16°С; 4 — при 20°С; 5— при 25°С
По номограмме (см. рис. 24, а) определяют значение критерия Фурье FoM, соответствующее продолжительности размораживания поверхностного слоя бедренной части полутуш, а из форму лы (87) рассчитывают. Затем по номограмме (см. рис. 24, б) определяют значение критерия Фурье Fo, соответствующее про должительности размораживания центра бедренной части полу туш, и с помощью формулы (88) определяют 2.
Общую продолжительность размораживания рассчитывают как сумму 1 и 2. Номограммы позволяют определить для полутуш от начальной температуры -18°С до криоскопической температуры в центре бедренной части полутуш.
Продолжительность размораживания мясных блоков и мелких порций мяса в воздушной среде ориентировочно определяют с помощью эмпирической зависимости
= {[m1 / t0 + 1)] + n1} 3600, (89)
где m1 и n 1 — коэффициенты, значения которых зависят от массы блока и порции мяса (для блоков массой около 7 кг т1 =180, n1 = 4, для порций мяса массой 0,5 кг — соответственно 85 и 0,5); tо — температура воздушной среды, °С.
Формула (89) действительна при размораживании в условиях естественной циркуляции воздуха и изменения температуры про дукта от -10 до -0,5 °С.
Продолжительность размораживания блоков рыбы и других про дуктов при орошении водой ориентировочно можно определить по зависимости
= {[3150 l / (tw2 + 200)] + 0,91} 3600, (90)
где tw — температура воды, °С.
Продолжительность размораживания блоков рыбы и других продуктов в вакууме определяют с помощью уравнения
(91)
где Gпр — масса размораживаемого блока, кг; — темп размора живания, с-1.
= t Kф / (3qпр2/3), (92)
где t — разность между температурой теплопередающей среды (пара) и средней температурой поверхности продукта, °С; Кф — коэффициент формы, м-1.
Коэффициент теплоотдачи ориентировочно определяют по формуле
(93)
Коэффициент формы рассчитывают с помощью отношения
КФ = Fпр / Vпр2/3, (94)
где Fпр и Vnp — площадь поверхности (м2) и объем (м3) размора живаемого продукта.
Для определения продолжительности размораживания рыбы (блоков или отдельных видов) путем погружения их в воду и оро шения водой разработаны номограммы, учитывающие зависимость от массы продукта, его начальной температуры и температуры воды (рис. 25, а, б). Для определения продолжительности разморажива ния блоков рыбы в вакууме также разработана номограмма, учи тывающая зависимость от массы продукта, его начальной темпе ратуры и температуры среды (рис. 25, в).
По этим номограммам продолжительность размораживания определяется в такой последовательности:
на нижней горизонтальной шкале откладывают температуру теплоносителя tw и двигаются вверх по изотерме (стрелка 1) до пересечения с линией определенной массы;
на левой вертикальной шкале отыскивают значение массы про дукта Gпр и двигаются по стрелке 2 вправо до пересечения со стрел кой 7;
из точки пересечения стрелок 1 и 2 проводят вверх вправо пря мую, параллельную наклонным линиям (стрелка 3) до пересече ния с изотермой начальной температуры продукта tнач;
на верхней горизонтальной шкале находят значение начальной температуры продукта tнач и по изотерме (стрелка 4) получают точку пересечения со стрелкой 3;
из этой точки проводят горизонтальную прямую (стрелка 5) до правой вертикальной шкалы , с которой считывают продол жительность размораживания.
Если с помощью приведенных номограмм определить продол жительность размораживания блока рыбы массой 10 кг от началь ной температуры -7 °С до криоскопической при его обработке с водой температурой 20 °С путем погружения и орошения, а также обработке в вакууме при той же температуре, то продолжитель ность размораживания при погружении будет равна 4,5 ч, ороше нии — 2 ч, в вакууме — 0,82 ч, т.е. наиболее интенсивным являет ся размораживание в вакууме, наиболее продолжительным — пу тем погружения в воду.
При построении номограмм приняты следующие усредненные параметры: плотность продукта пр =1000 кг/м3; криоскопическая температура продукта tкр = -1 °С; температура воды изменяется от 10 до 35 °С; коэффициент теплопроводности размороженного про дукта пр = 0,465 Вт/(м · К); коэффициент теплоотдачи при погру жении продуктов в воду погр = 350 Вт/(м2 · К), что Соответствует скорости движения воды не более 0,1 м/с; коэффициент теплоот дачи при орошении продуктов водой ор = 800 Вт/(м2 · К).
Номограммы позволяют определять продолжительность размо раживания не только рыбы, но и других продуктов, близких к ней по теплофизическим параметрам, а также продуктов в условиях, незначительно отличающихся от указанных.
На практике расчет можно произвести по разности энтальпий продукта в размороженном и мороженом виде:
Рис. 25. Номограммы для опреде ления продолжительности размо раживания блоков рыбы погруже нием в воду (а), орошением (б), в вакууме (в)
Qр = Gпр(iр – iм), (95)
где Gnp — масса размораживаемого продукта, кг; iр и iм — энтальпия соответственно размороженного и мороженого продук тов при конечной и начальной среднеобъемной температуре, кДж/кг.
Фактически удельное количество теплоты, необходимое для размораживания говядины и свинины при начальной температу ре -8 °С, колеблется в пределах 226,8 и 201,6 кДж/кг, а при тем пературе -18 °С оно возрастает примерно на 20 %. При разморажи вании молока от -20 до 0°С удельная теплота равна 317,8 кДж/кг, фруктов — 271,7, сливочного масла с содержанием 13 % воды — 95 кДж/кг.
При размораживании в воздушной среде необходимо учиты вать, что в результате массообмена среды с поверхностью про дуктов теплообмен сопровождается испарением или конденсаци ей влаги. Количество испарившейся или сконденсированной вла ги зависит от способа и режима размораживания. При способах обработки продуктов в течение нескольких суток (мясные полуту ши, блоки сливочного масла и др.) применяют постепенное по вышение температуры воздуха и поверхности. Температура поверх ности продуктов остается на протяжении всего процесса несколь ко ниже температуры точки росы циркулирующего воздуха, по этому испарение влаги отсутствует и происходит конденсация водяного пара из воздуха.
При ускоренных способах размораживания продуктов, когда процесс длится не более суток (в среднем 6 — 24 ч в зависимости от вида и размеров продуктов, а также параметров воздуха), кон денсация влаги происходит в период неустановившегося режима. В этот период параметры воздуха изменяются от начальных tв.нач и в.нач до заданных технологическими условиями tв и в. Продолжи тельность периода составляет примерно 25 % общей продолжи тельности процесса. При этом температура поверхности продукта изменяется от tп.нач до t'п < tp, где tp — температура точки росы воздуха заданного состояния В (см. рис. 26).
Рис. 26. Построение на I — d - диаграмме области изме нений состояния воздуха и поверхности продукта в период неустановившегося и установившегося режи мов размораживания.
Конденсация влаги на поверхности продуктов отрицательно сказывается на их качестве. Кроме того, при конденсации на по верхности осаждаются частицы пыли и микроорганизмы, что так же способствует ухудшению качества. В связи с этим применяют процессы двухстадийного и программного размораживания, при которых в период неустановившегося режима температура воз душной, паровоздушной или газовой среды является завышен ной и изменяется по заданной программе. В таком случае продолжительность неустановившегося режима сокращается в 2 — 4 раза.
За весь период установившегося режима размораживания из менение температуры воздуха обычно составляет ±1 0С, относи тельной влажности ±5 %. На рис. 26 область изменения параметров воздуха в данный период изображена четырехугольником В'тах — Bmin — В'min — Bmax, а область изменения состояния поверхности продукта в начальной стадии — линией П'— Пmin, а затем линией Пmin — Пmах. При этом происходит чередование периодов испаре ния и конденсации влаги на поверхности. Максимальная раз ность парциальных давлений водяного пара, находящегося на поверхности продукта и в воздухе, обусловливающая испарение влаги, соответствует максимальной температуре воздуха и его минимальной относительной влажности, т.е. Pmах = Рп.mах — Р'в.mах, где Рп.mах — парциальное давление водяного пара, находящегося на поверхности продукта при максимальной температуре tп.mах; Р'в.mах — парциальное давление водяного пара, находящегося в воздухе при максимальной температуре tв.max и минимальной влаж ности в.min.
Для определения тепловой и влажностной нагрузки на уста новку кондиционирования рассчитывают теплоприток к продук ту Qпро и влагоотток от продукта Wnpo.
Теплоприток Qnpo характеризует среднее количество теплоты, подводимой к размораживаемому продукту в единицу времени. Но процесс размораживания характеризуется значительной не равномерностью подвода теплоты, так как ее количество, необ ходимое для размораживания продукта в различные периоды, непостоянно.
В период неустановившегося режима количество теплоты, не обходимой для нагревания всего объема продукта и разморажива ния его поверхностных слоев, максимально. При установившемся режиме теплота расходуется в основном на размораживание внутренних слоев продукта. При этом ее количество значительно уменьшается и в конце процесса составляет 0,15 — 0,2 от Qnpo. Неравно мерность подвода теплоты можно учесть с помощью поправочных коэффициентов Qпро1 = Qпро m1; Qпро2 = Qnpo m2, где Qпро1 и Qпро2 - средний теплоприток к продукту в периоды неустановившегося и установившегося режимов размораживания, кВт; т1, т2 — поправочные коэффициенты, учитывающие неравномерность теплопритока.
При размораживании мясных полутуш с использованием при нудительной циркуляции воздуха и продолжительностью процес са = 16 —24 ч средние значения поправочных коэффициентов равны: т1 = 2,2 — 2,5; т2 = 0,28 — 0,5.
Расчет тепло- и влагопритоков от других источников (через ограждающие конструкции, от электродвигателей и др.), теп ловой и влажностной нагрузок, а также расчет и подбор конди ционирующих устройств выполняют по определенной методи ке [4].
Удельную мощность, необходимую для размораживания еди ницы объема продукта, при микроволновом энергоподводе рас считывают по формуле, Вт/см3,
Nуд = 0,556 • 10-12 Е2 f ' tg, (97)
где Е — напряженность переменного электрического поля, В/см; f — частота электрического поля, Гц; ' — диэлектрическая про ницаемость продукта; tg — тангенс угла диэлектрических по терь.
Произведение ' tg называют коэффициентом диэлектричес ких потерь. Следовательно, мощность микроволнового нагрева про порциональна квадрату напряженности переменного электричес кого поля, частоте поля и коэффициенту диэлектрических по терь, зависящему от свойств обрабатываемых продуктов. Из фор мулы (97) следует, что чем больше частота электрического поля, тем большая часть подводимой энергии преобразуется в тепловую. Но, с другой стороны, выбор частоты зависит от размеров про дуктов. С увеличением частоты уменьшается глубина проникнове ния микроволновой энергии в продукты. Эта глубина зависит так же от диэлектрических свойств продуктов, которые характеризу ются коэффициентом диэлектрических потерь.
Практически коэффициент диэлектрических потерь характери зует скорость поглощения электромагнитной энергии различны ми продуктами. Различия в скорости поглощения электромагнит ных волн наблюдаются даже у одного и того же продукта, находя щегося в замороженном и размороженном состояниях. Это обус ловлено тем, что диэлектрическая проницаемость воды (' = 81 при 20 °С) больше диэлектрической проницаемости льда (' = 74,6 при 0 °С).
Обычно коэффициент диэлектрических потерь остается незна чительным до начала таяния льда. Затем он увеличивается в зоне таяния льда в связи с высоким содержанием воды в продуктах (примерно 70 — 90 %). Кроме того, при таянии льда соли и другие вещества, присутствующие в продуктах, способствуют увеличе нию коэффициента диэлектрических потерь в связи с увеличени ем диэлектрической проницаемости ' и тангенса угла tg. Так, например, при частоте электрического поля f = 1000 МГц коэф фициент диэлектрических потерь говядины равен 1,3 при темпе ратуре -10 °С и 22 при температуре +10 °С.
Значительное влияние на изменение величины коэффициента диэлектрических потерь в размораживаемых продуктах оказывает также присутствие жира. С увеличением содержания жира коэф фициент уменьшается и, следовательно, уменьшается эффектив ность нагрева.
Анализ различных методов размораживания показывает, что при применении любого теплоносителя (воздух, вода) ускорение процесса ограничено. При размораживании пищевых продуктов, замороженных в блоках, для промышленных целей по общепри нятой ускоренной технологии нагревания за счет тепловой кон векции воздуха или подогревания водой возможны загрязнение и порча продуктов.
Совершенствование техники размораживания связано с изме нением методов обработки, необходимостью дальнейшей интен сификации процесса, созданием конструкций агрегатов непре рывного действия. При этом важнейшим условием должно быть максимальное сохранение исходного качества.
Анализ существующих способов и опыт зарубежных фирм по использованию СВЧ-энергии для размораживания блоков мяса и других пищевых продуктов показали преимущества данного спо соба перед другими, которые выражаются в экономии производственных площадей; точном регулировании конечной температу ры внутри продукта; простоте обслуживания установки; умень шении трудовых затрат благодаря размораживанию пищевых про дуктов в упаковке.
Оценка качества и санитарного состояния готовой продукции показала, что СВЧ-размораживание позволяет уменьшить потери белковых веществ и витаминов, предотвратить развитие микро флоры, улучшить нежность мяса, что особенно важно при произ водстве из размороженного сырья вареных колбасных изделий. Отмечено также увеличение времени хранения и срока реализа ции пищевых продуктов из сырья, размороженного с помощью СВЧ-энергии.
Выбор способа размораживания и устройств для его осуществ ления определяется мощностью предприятия, его возможностя ми и видом обрабатываемого продукта.
ГЛАВА 17
ТРАНСПОРТИРОВАНИЕ ОХЛАЖДЕННЫХ И ЗАМОРОЖЕННЫХ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ
17.1. Классификация и краткая характеристика холодильного транспорта
Холодильный транспорт — важнейшая составная часть непре рывной холодильной цепи. От четкости организации перевозок и совершенства холодильного транспорта в значительной степени зависят сохранение качества пищевых продуктов и уровень потерь как в процессе самого транспортирования, так и при последую щем хранении и переработке.
Холодильный транспорт связывает все звенья холодильной цепи.
Холодильный транспорт — это совокупность передвижных транспортных средств и стационарных сооружений, предназна ченных для перевозки скоропортящихся грузов. Все транспортные средства, используемые для этих целей, изотермические, т.е. их кузов изготовлен из теплоизолированных ограждающих конструк ций, уменьшающих тепловые потоки из окружающей среды. Если средний коэффициент теплопередачи по всему теплоизолирован ному ограждению равен или меньше 0,7 Вт/(м2 · К), то транспорт ное средство называют обычным изотермическим, а при К мень ше или равном 0,4 Вт/(м2 · К) — изотермическим с усиленной изоляцией.
Допустимую продолжительность транспортирования т заморо женных пищевых продуктов при заданном повышении темпера туры можно определить с помощью уравнения Лединга, ч:
= Gc(tк – tн) / (KFtm),
где G — масса груза, кг; с — удельная теплоемкость продукта, кДж/кг; tH, tK — начальная и конечная температуры груза, °С; К— коэффициент, учитывающий влияние света и солнечного излуче ния (для крупных транспортных средств 1,75); F — средняя вели чина внутренней поверхности охлаждаемой емкости транспорт ного средства, м; tm — разница между средней температурой ок ружающей среды и температурой груза, °С.
Изотермический транспорт может быть ледниковым и рефри жераторным.
Ледниковый транспорт — транспортные средства с безмашин ным охлаждением, в которых в качестве хладагента используют лед, льдосоляные смеси, сухой лед, сжиженные газы и т.д. Хлад агент помещают в сосуды или резервуары; запас его должен быть достаточен не менее чем на 12 ч работы. В зависимости от темпера туры, поддерживаемой в рабочем объеме, ледники относят к следующим классам: А — с температурой не выше 7 °С; В — не выше -10 0С; С — не выше -20 °С при наружной температуре не выше 30 0С. Ледники классов В и С выпускают с усиленной изоляцией.
Рефрижераторы — изотермические транспортные средства, ох лаждаемые с помощью холодильных машин или установок. При этом при наружной температуре не выше 30 °С в кузове поддержи вается следующая температура в зависимости от класса рефрижератора: А — от 12 до 0 °С; В —от 12 до -10 °С; С — от 12 до -20 °С; D — не выше 2°С; Е — не выше -10 °С; F — не выше -20 °С. Все рефрижераторные изотранспортные средства, кроме относящих ся к классу А, выпускаются с усиленной изоляцией.
Отапливаемые транспортные средства — это изотранспорт, име ющий отопительные установки, которые позволяют поддержи вать температуру на необходимом уровне (не ниже 12 °С) в тече ние не менее 12 ч: для класса А — при температуре наружного воздуха не ниже -10 °С, класса В — не ниже -20 0С.
Транспорт класса В выпускают с усиленной изоляцией.
В зависимости от вида используемых транспортных средств хладотранспорт подразделяют на железнодорожный, автомобильный, водный (морской и речной), воздушный, трубопроводный и кон тейнерный.
Железнодорожный хладотранспорт. В зависимости от рода пере возимых грузов железнодорожные транспортные средства подраз деляют на универсальные (для перевозки всех скоропортящихся грузов) и специальные (для перевозки определенных грузов: мо лока и молочных продуктов, виноградных вин, виноматериалов, живой рыбы и др.).
По способу охлаждения грузового помещения изотермические вагоны подразделяют на вагоны-рефрижераторы, охлаждаемые при помощи холодильных машин; вагоны-ледники с емкостями для льда или льдосоляной смеси; вагоны-термосы с тепловой изоля цией без охлаждающих устройств.
По способу отопления изотермические вагоны подразделяют ся на вагоны с электрическим отоплением и отапливаемые печа ми-времянками. Приборами электрического отопления оборудо ваны все вагоны-рефрижераторы.
В рефрижераторном подвижном составе имеются 21- и 23-вагонные поезда, 5- и 12-вагонные секции и автономные вагоны. 23-вагонный поезд состоит из 20 грузовых вагонов, а 21-вагон ный — из 18. В составе этих поездов три вспомогательных вагона: с дизель-электростанцией, с машинным отделением и со служеб ным отделением для обслуживающего персонала. Вспомогатель ные вагоны располагаются в середине состава.
Охлаждение поездов и 12-вагонной секции — центральное рас сольное. Рассол — раствор (СаС12) — охлаждается аммиачной хо лодильной установкой, расположенной в машинном отделении, и по трубопроводам насосом подается в приборы охлаждения грузовых вагонов.
В 12-вагонной секции 10 грузовых вагонов и 2 вспомогатель ных: вагон-машинное отделение, вагон с дизель-генераторами и служебным помещением.
5-вагонные рефрижераторные секции бывают с 4 грузовыми и одним вспомогательным вагонами и с 5 грузовыми вагонами. Во вспомогательных вагонах располагают дизель-генераторную стан цию и служебное помещение. Они должны находиться в середине состава. В секции с 5 грузовыми вагонами дизель-генераторная электростанция занимает часть 4-го вагона, а служебное помещение — смежную с ней часть 3-го вагона. Обе части соединены переход ной площадкой. Холодильное оборудование каждого вагона со стоит из 2 холодильных установок, работающих на фреоне-12, с воздухоохладителями непосредственного охлаждения. Холодиль ные агрегаты располагают в торцевых машинных отделениях, а воздухоохладители — в грузовом отсеке вагона.
В автономных вагонах в середине располагается грузовое отде ление, а в торцевых частях — 2 машинных. В каждом машинном отделении находятся дизель-генераторный агрегат и холодильная установка, обслуживающая половину объема грузового помеще ния. Система охлаждения — воздушная, отопления — электричес кая. Работа холодильно-отопительного оборудования автоматизи рована, позволяет поддерживать температуру с точностью до 0,5 °С.
Вагоны-ледники бывают с пристенными карманами и с пото лочными баками для льда или льдосоляной смеси. Размещение приборов льдосоляного охлаждения обусловливает направление естественной циркуляции воздуха в грузовом помещении вагона, от которого зависит степень равномерности температуры воздуха по всему объему вагона. При пристенном расположении карманов со льдом температура воздуха неравномерна как по длине, так и по высоте вагона. Эта разность температур может составлять до 10 — 15 °С, что вызывает ухудшение качества перевозимого груза.
В случае расположения приборов охлаждения под потолком распределение температуры воздуха в вагоне достаточно равно мерное. При этом также увеличивается погрузочная площадь ваго на — на 25 — 30 % по сравнению с площадью вагонов с пристенными карманами. Недостатки таких вагонов — сложность очистки баков, возможность подмокания и порчи грузов в результате не исправности баков.
В группу специальных вагонов входят цистерна-термос для пе ревозки молока, цистерны-термосы для перевозки вина, виноматериалов и спирта, вагон-цистерна для перевозки вина, вагон для перевозки живой рыбы. При транспортировании температура в специальных вагонах поддерживается благодаря хорошей теплоизоляции их поверхности и снижению до минимальных размеров теплопритоков к продукту и от него. Суточное повышение (пони жение) температуры продукта находится на уровне 2 —4°С. Продолжительность транспортирования определяется временем дос тижения продуктом предельно допустимой температуры.
Автомобильный хладотранспорт. Автомобильный холодильный транспорт — это единственное средство, осуществляющее внут ригородские перевозки пищевых продуктов. Его используют так же для междугородных, межобластных и международных перево зок. Преимущество автомобильного транспорта в том, что он по зволяет осуществлять бесперегрузочные (прямые) перевозки от производителя к потребителю, где бы они ни располагались. По сравнению с железнодорожным транспортом он обладает боль шими мобильностью и оперативностью. Однако стоимость авто мобильных перевозок выше и ограничена сетью автомобильных дорог.
Различают два основных типа средств холодильного автотранс порта: изотермические автомобили и авторефрижераторы.
Изотермические автомобили имеют теплоизолированный ку зов, препятствующий недопустимому повышению (понижению) температуры перевозимых продуктов, но не оснащаются холодиль ной установкой.
Авторефрижераторы оснащены автономными холодильными установками и имеют теплоизолированный кузов. В качестве охлаждающей системы в них используют компрессорные холодильно-отопительные машины или установки с расходуемым охлаждающим веществом — жидким азотом, сухим льдом и др.
Температура в кузове изотермического автомобиля поддержи вается в определенных пределах за счет холода, аккумулирован ного грузом, или одним из источников холода — сухим и водным льдом, льдосоляной смесью, эвтектическими растворами в спе циальных аккумуляторах (зероторах). Источник холода вводится в кузов вместе с грузом.
Незначительный запас холода и невозможность регулирования температуры в рабочих помещениях изотермических автомобилей не позволяет транспортировать в них скоропортящиеся продукты. Поэтому изотермические автомобили применяют в основном для внутригородских или областных перевозок.
Для перевозки в зимних условиях грузов, требующих положи тельных температур, изотермические автомобили оборудуют отопителями.
По грузоподъемности различают следующие типы автомобиль ного хладотранспорта:
малой грузоподъемности (до 1 т);
средней грузоподъемности (2 —5 т);
большой грузоподъемности (5 — 20 т).
Автомобили малой и средней грузоподъемности используют для внутригородских перевозок, средней — внутриобластных и большой — для перевозок на большие расстояния, включая международные.
Кузова изотермических автомобилей и авторефрижераторов мо гут выполняться вместе с автомобилем или в виде полуприцепа. Основными элементами кузова являются каркас, внутренняя и наружная обшивки, теплоизоляция, дверная рама с дверным по лотном и настил пола.
Для охлаждения изотермических автомобилей используют вод ный лед, льдосоляную смесь, а также зероторы (специальные металлические формы различной конфигурации) с эвтектичес кими растворами. Водный лед или льдосоляную смесь загружают в бочки различной формы, которые размещают в специальных «кар манах» под потолком или у боковых стен кузова. Зероторы запол няют эвтектическим раствором и замораживают в холодильных камерах. Затем зероторы размещают в кузове на потолке или око ло боковых стен. Таким образом, в кузове изотермического авто мобиля температура поддерживается в определенных пределах за счет холода, аккумулированного грузом, или введением источников холода.
В авторефрижераторах применяют следующие способы охлаж дения: машинное, аккумуляционное, сухим льдом, сжиженными газами, комбинированное.
Для авторефрижераторов наиболее распространенным является машинное охлаждение с использованием автоматизированной хо лодильной установки компрессионного типа. Выпускают машины с приводами от двигателя автомобиля, самостоятельного двигателя внутреннего сгорания, а также с электроприводом от собственной дизель-генераторной установки. Конденсатор и воздухоохладитель ребристотрубные, с принудительным обдувом. Воздухоохладитель монтируют обычно на передней стенке грузового отделения.
Аккумуляционная система состоит из компрессорно-конденсаторного агрегата, установленного вне кузова, и охлаждающих приборов аккумуляционного типа, смонтированных в кузове. Ох лаждающие приборы — плоские металлические сосуды, плиты из нержавеющей стали, заполненные эвтектическим раствором. Внут ри плит размещены испарители холодильной машины — трубча тые теплообменники, по которым циркулирует хладагент или ох лаждающий раствор. Эвтектический раствор в плитах заморажива ют во время работы холодильной машины на стоянке автомобиля. В кузове поддерживается необходимая для транспортировки тем пература за счет таяния эвтектического раствора.
Охлаждение сухим льдом имеет ограниченное применение и используется в основном для перевозки мороженого. Сухой лед размещают в кузове в контейнерах, пристенных и потолочных карманах или непосредственно в контакте с продуктами.
Для охлаждения авторефрижераторов широко применяют сжи женные газы: азот, воздух и диоксид углерода. Предпочтение от дают азоту, который имеет низкую температуру испарения (196 °С), позволяет сократить усушку продуктов. Возможно также охлажде ние смесью пропана и бутана.
Рекомендуемые режимы для перевозки автомобильным транс портом охлажденных продуктов представлены в табл. 15.
Для перевозки молока, воды, кваса, вина и других жидкостей, температура которых не должна превышать допустимой, исполь зуют изотермические автоцистерны, которые делят на прицепы-цистерны, автомобили-цистерны и полуприцепы-цистерны. могут быть одно-, двух- и трехсекционными.
Таблица 15
Температура, поддерживаемая при перевозке охлажденных продуктов автомобильным транспортом, °С
|
Продукт
|
Продолжительность перевозки, сут
|
|
|
1 сут
|
4 — 6 сут
|
|
Абрикосы
|
0-3
|
0-2
|
|
Ананасы
|
10-12
|
8-10
|
|
Апельсины
|
4-10
|
2-10
|
|
Грейпфруты, лимоны
|
8-10
|
8-15
|
|
Бананы
|
12-14
|
12-14
|
|
Виноград
|
0-8
|
0-6
|
|
Капуста:
|
|
|
|
кочанная
|
0-10
|
0-6
|
|
цветная
|
0-8
|
0-4
|
|
Картофель
|
5-20
|
5-20
|
|
Лук
|
1-20
|
1-13
|
|
Мандарины
|
4-8
|
4-8
|
|
Морковь
|
0-8
|
0-5
|
|
Огурцы
|
10-15
|
10-13
|
|
Помидоры:
|
|
|
|
зеленые
|
10-15
|
10-13
|
|
спелые
|
4-8
|
Не рекомендуется
|
|
Яблоки
|
3-10
|
3-10
|
|
Говядина, свинина
|
-1...-7
|
-1.-7
|
|
Мясопродукты
|
-1...-8
|
Не рекомендуется
|
|
Субпродукты
|
-1...-3
|
Тоже
|
|
Шпик
|
12
|
10
|
|
Цыплята, кролики
|
-1...-4
|
-1...-4
|
|
Яйца
|
0-15
|
0-15
|
|
Рыба, пересыпанная
льдом
|
0-2
|
0-2
|
|
Копченая рыба
|
10
|
6
|
|
Молоко
|
0-4
|
Не рекомендуется
|
|
Сливки, творог,
йогурт
|
0-4
|
То же
|
|
Масло, маргарин
|
6
|
6
|
|
Сыры
|
0-15
|
0-15
|
Водный хладотранспорт. Транспортно-рефрижераторные мор ские и речные суда используют для внутренних и внешнеторговые перевозок скоропортящихся грузов. Суда могут быть универсаль ными, осуществляющими перевозку продуктов при различных температурах, и специальными — для перевозки отдельных видое продуктов, требующих определенных условий.
Для перевозки замороженных продуктов используют низкотем пературные суда, охлажденных — высокотемпературные. Эксплу атируют также и многоцелевые суда, перевозящие и обычные, скоропортящиеся грузы (они имеют рефрижераторные трюмы). Объем трюмов рефрижераторных судов составляет 3500 м3 на рыболовно-морозильных, 9000 м3 на плавбазах и от 500 — 800 до 10000— 17000 м3 на транспортных рефрижераторах. На судах ис пользуют следующие системы охлаждения: хладоновые непосред ственного охлаждения (для провизионных и морозильных камер и трюмов малотоннажных судов), рассольную (и особенно па нельную — для перевозки мороженых грузов), воздушную. Холодильные машины размещают по централизованной (в одном мес те) и децентрализованной схемам холодильные камеры — в трю мах и твиндеках (надтрюмных помещениях) судов.
Воздушный и трубопроводный хладотранспорт. Воздушный хла дотранспорт по сравнению с другими видами транспорта позво ляет быстрее перевозить грузы на большие расстояния. Воздуш ным транспортом перевозят фрукты, ранние овощи, ягоды, све жую рыбу, рыбные продукты и др. Перевозят их без специального охлаждения грузового помещения самолетов, так как довольно низкую температуру в нем можно поддерживать циркуляцией хо лодного наружного воздуха, имеющего температуру -3 °С и ниже при высоте полета 3000 м. Без дополнительного охлаждения можно перевозить и мороженые грузы. Большое значение имеет орга низация подвоза и вывоза грузов на аэродромы и пункты дос тавки.
В пределах пищевых предприятий жидкие продукты транспор тируют по трубопроводам (молоко, пиво и др.).
17.2. Контейнерные перевозки
Скоропортящиеся грузы часто перевозят несколькими видами транспорта. Для таких перевозок широко используются рефриже раторные (охлаждаемые) и изотермические контейнеры. По гру зовместимости все контейнеры делят на крупнотоннажные (масса брутто от 10 до 30 т, вместимость 10 — 50 м3), среднетоннажные (масса от 2,5 до 5 т, вместимость 3 — 8 м3), малотоннажные (масса до 1,5 т, вместимость до 3 м3). Контейнеры имеют теплоизоляци онные ограждения. Если они снабжены холодильными установка ми, их называют рефрижераторными, а если таковые отсутству ют — изотермическими.
Крупнотоннажные контейнеры получили наибольшее распро странение. Они выполняют две функции: охлаждения (рефриже раторные контейнеры) и транспортной тары большой грузовмес тимости. Внутри рефрижераторного контейнера температура воз духа регулируется от -18 до +16 °С. Для обеспечения транспортных и складских операций, в том числе и при международных пере возках грузов, наружные размеры крупнотоннажных контейнеров регламентированы стандартами Международной организации по стандартизации ИСО. Крупнотоннажный рефрижераторный кон тейнер имеет теплоизолированный кузов и машинное отделение, в котором размещается автоматизированная хладоновая холодиль ная машина (встроенная или съемная) и дизель-генераторная ус тановка или система охлаждения жидким азотом.
Хладоновые холодильные машины могут получать электропи тание от внешней сети (на стоянках) или от собственной дизель-генераторной установки.
На контейнерных пунктах (терминалах) крупнотоннажные кон тейнеры штабелируют, кратковременно хранят, погружают на различные транспортные средства и выгружают с этих средств, осуществляют их профилактическое обслуживание и мелкий ремонт.
В крупнотоннажных контейнерах применяют системы машин ного охлаждения и охлаждения с помощью сжиженных газов. 90 % всего современного парка контейнеров составляют контейнеры с машинной охлаждающей системой. Холодильные машины, применяемые для охлаждения контейнеров, аналогичны холодиль ным машинам авторефрижераторов. Наиболее удобным является оборудование контейнеров холодильной машиной и дизель-гене раторной установкой.
Контейнеры могут быть со встроенными и съемными холодиль ными машинами. Встроенные машины аналогичны навесным ус тановкам авторефрижераторов, а съемные представляют собой отдельный блок, высота и ширина которого равны высоте и ши рине контейнера.
В среднетоннажных контейнерах используют систему машин но-аккумуляционного охлаждения. В аккумуляционных охлажда ющих приборах используют эвтектические растворы. Аккумуляци онный охлаждающий прибор состоит из батареи, листотрубных элементов, между элементами располагаются мешки из морозо стойкой пленки, заполненные эвтектическими растворами.
Малотоннажные изотермические контейнеры, как правило, не имеют систем охлаждения. По конструкции они представляют со бой шкафы каркасного типа с направляющими решетками для установки поддонов.
Крупнотоннажные контейнеры перевозят все виды транспор та, их легко перемещать с одного вида транспорта на другой. Мо гут они выполнять и функции автономной холодильной камеры временного склада. Использование крупнотоннажных контейне ров в непрерывной холодильной цепи позволяет осуществлять доставку грузов «от двери до двери» при оптимальных режимах загрузки, разгрузки и хранения. При этом отпадает необходимость перегрузки скоропортящихся продуктов при смешанных перевоз ках и краткосрочном хранении на распределительных холодиль никах, сокращается время пребывания грузов в пути.
Применяют также специальные контейнеры для перевозки ох лажденных и только мороженых грузов.
Среднетоннажные и малотоннажные контейнеры используют для непродолжительных прямых перевозок скоропортящихся про дуктов в основном автомобильным транспортом.
17.3. Условия, сроки и особенности перевозки
различных пищевых продуктов
Технология хранения скоропортящихся продуктов во многом определяет и технологию перевозок. Непрерывность холодильной цепи требует соблюдения одинаковых условий как на стационар ных холодильниках, так и на холодильном транспорте. Обработка продуктов определяет подготовку транспортных средств. Небла гоприятные условия хранения продуктов на стационарных холо дильниках затрудняют перевозки, сокращают предельный срок транспортирования.
Рассмотрим особенности транспортирования различных пище вых продуктов.
Мясо и мясопродукты. В общем объеме перевозок железнодо рожным транспортом мясо и мясопродукты составляют около 6 %. Часть этих перевозок осуществляется в рефрижераторных ваго нах, часть — в вагонах-ледниках. Дальние перевозки в пределах РФ — это поставки в районы Дальнего Востока и Крайнего Севе ра с Урала, из Западной Сибири и центра России. Перевозки мяса характеризуются сезонностью, что определяется неравномерностью заготовок скота в течение года: более 40 % мяса заготавлива ют в сентябре — ноябре.
Для транспортирования мяса по железной дороге используют 5-вагонные секции, оборудованные приспособлениями для под вески мясных туш. Используют также автономные вагоны. Вагоны и секции закреплены за крупными мясокомбинатами, постоянно отгружающими охлажденное мясо в промышленные центры. Пра вые половины полутуши располагают с одной стороны, левые — с другой. Четвертины говядины и туши баранины подвешивают в два яруса на деревянных разгонах или веревках. Перспективна пе ревозка охлажденного мяса в ящиках. Для этого туши разрубают на стандартные отруба, которые обертывают целлофаном и плот но укладывают в ящики. Такой способ позволяет лучше использо вать транспортные средства (более плотная загрузка), сокращает усушку, улучшает санитарные условия.
Переохлажденное мясо укладывают вдоль вагона на напольные решетки плотными штабелями в клетку. Основную часть и мяса, и мясных продуктов перевозят в мороженом состоянии. Мясо укла дывают в вагоны плотным штабелем, что позволяет лучше аккумулировать холод и уменьшает усушку. Мясо разных категорий упи танности загружают в вагон раздельно. Сроки его перевозки зави сят от типа вагона, времени года и составляют в среднем 5 — 20 сут для мороженого, 3 — 12 для охлажденного.
Такие же способы укладки используют при перевозке мяса ав томобильным хладотранспортом. Совместная перевозка охлажден ного и замороженного мяса не рекомендуется, допускается лишь кратковременная перевозка при температуре 0 — 1 °С.
Рыба и рыбопродукты. Добычей рыбы в России занимаются пять рыбопромышленных объединений: Западное, Северное, Азово-Черноморское, Каспийское и Дальневосточное. Они отгружают по железным дорогам из портов более 80 % объема погрузки рыбы. Остальные перевозки — внутриобластные и внутриреспубликанские. Концентрация грузов благоприятна для организации пере возок и ускоренной доставки их в места потребления. Однако из-за удаленности пунктов добычи от основных мест потребления средняя дальность перевозки рыбы значительно выше, чем других скоропортящихся грузов. До поступления на наземный транспорт значительная часть рыбы длительное время находится на морском транспорте, где ее сохранность обеспечивается рефрижераторны ми судами, и в портовых холодильниках. Рыбу, поступающую в порты в обработанном виде, перегружают в вагоны с борта судна. Охлажденную (пресной или морской водой, льдом) рыбу перево зят в ящиках или ящиках-клетках, сухотарных бочках, которые укладывают в вагоны или автомобильные кузова плотными и пра вильными рядами. Сохранность ее обеспечивается за счет непрерывного таяния льда, слоями переложенного с рыбой. Чаще осуществляют перевозки мороженой рыбы. Рыбу сухой заморозки перевозят в картонных коробах или деревянных ящиках, заморо женную мокрым способом перевозят в не пропускающих рассол специальных контейнерах, противнях. Температура перевозки не выше -18 °С для рыбы сухой заморозки, -12 °С — мокрой замороз ки, при льдосолевом и естественном способах заморозки — не выше -6 °С.
Сельдь, рыбу особо жирную и пряных посолов, маринован ную перевозят в заливных бочках, тощую и средней жирности — в сухотарных бочках или деревянных ящиках.
Вяленую рыбу упаковывают в ящики с отверстиями для венти ляции, драночные короба, плетеные корзины, рогожные кули, мешки, сухотарные бочки. Рыбу в мягкой и жесткой таре уклады вают в вагон или кузов в несколько рядов, прокладывая рейками, в шахматном порядке, оставляя между рядами зазоры для цирку ляции воздуха.
Рыбу горячего копчения принимают к перевозке железной до рогой только замороженной, доставляется она рефрижераторным железнодорожным и автомобильным транспортом.
Рыбу холодного копчения перевозят упакованной в деревян ные и картонные ящики, короба, корзины, сухотарные бочки при температуре от 0 до 5 0С.
Икру перевозят в ящиках (баночная) и бочках (бочковая) в рефрижераторных вагонах и автомобилях.
Живую рыбу отгружают из районов Каспия, Украины, Се верного Кавказа в промышленные центры страны. Перевозят ее в специальных живорыбных вагонах с приспособлениями для аэрации воды и помещениями для проезда сопровождающих. Заполнение баков водой осуществляют на 4/5 их высоты. Темпера туру поддерживают от 2 до 4 °С. Живых раков перевозят в плете ных ивовых корзинах и ящиках в изотермических вагонах с ох лаждением. Срок между их уловом и погрузкой не должен превы шать 36 ч.
Плодоовощные товары и картофель. Условия транспортировки плодов и овощей зависят от ряда факторов: их способности сохра няться, условий выращивания, степени зрелости и т.д. Для ус пешной перевозки плодов и овощей они должны быть тщательно упакованы в соответствующую тару. Наилучшая укладка плодов и овощей в тару такая, при которой они не соприкасаются друг с другом. Для этого используют различные упаковочные материалы: полиэтиленовую пленку, древесную стружку, бумагу и т.д. Уста новку в вагоны и кузова тары осуществляют так, чтобы каждое грузовое место омывалось потоком воздуха. Каждое место укреп ляют для предотвращения механических повреждений плодов и овощей. Требуется поддержание постоянных температуры и влаж ности.
Предельные сроки перевозки свежих плодов и овощей зависят от вида транспорта, вида продукции, периода года и составляют, например, для летних яблок в изотермических вагонах 20 сут, лет них груш 12, сливы 16, земляники 3, капусты 15 — 18, картофеля раннего 14, позднего 20 сут и т.д.
Консервная продукция. В общем объеме перевозок скоропортя щихся грузов консервная продукция составляет около 20 %. Рыб ные и мясные консервы перевозят равномерно в течение года. Пе ревозка плодоовощных консервов имеет ярко выраженную сезон ность. В зависимости от времени года консервы перевозят в изо термических вагонах без утепления, с утеплением, с отоплением.
Молоко и молочные продукты. Из-за краткого срока хранения этих продуктов перевозка их должна быть четко организована. Наи большую часть молока перевозят в специальных цистернах. Сли вочное масло перевозят в ящиках и бочках, топленое — в бочках.
В зависимости от температуры транспортировки масло уклады вают плотно (при температуре не выше -20 °С), вертикальным или шахматным способом. Сыры упаковывают в дощатые ящики и деревянные барабаны. Крупные сыры можно перевозить без тары на стеллажах. Температуру поддерживают от 0 до 5 °С. Не ограни чивают сроки доставки в изотермических вагонах сливочного мас ла, сыров; для молока этот срок не больше 3 сут, творожных сыр ков 2 сут.
Виноградные и плодово-ягодные вина перевозят в стандартных бочках и бутылках, упакованных в ящики. В зимний период бочко вые вина перевозят с отоплением или без отопления (тогда во избежание разрыва бочки не доливают на 10—15 %). Вина перево зят также в цистернах-термосах и в изотермических вагонах, что позволяет в 3 раза лучше использовать грузоподъемность транс порта. Пиво в бутылках упаковывают в ящики или заливают в ду бовые бочки и перевозят в рефрижераторных вагонах. Минераль ные воды можно перевозить навалом, переложенными сеном или соломой.
17.4. Правила приемки транспортируемых продуктов
Продукты, предназначенные для перевозки, должны соответ ствовать требованиям ГОСТа. Запрещается принимать продукты, упакованные в нестандартную, непрочную и загрязненную тару. Сопроводительные документы на транспортируемые продукты должны быть оформлены полностью и технически грамотно.
Принятые на хранение продукты нельзя оставлять на платфор мах или площадках, их следует немедленно направлять в охлажда емый транспорт. Этот транспорт должен быть технически исправ ным, отвечать санитарным требованиям и быть подготовленным к загрузке продуктами. В нем должны быть проверены состояние охлаждаемых устройств, плотность закрывания дверей, электро проводка, наличие реек и решеток.
Подготавливать камеры холодильного транспорта к приему но вой партии грузов следует сразу после освобождения от предыду щей партии продуктов. Камеры холодильного транспорта должны быть чистыми, без запаха и периодически подвергаться санобра ботке. Подготовка камер холодильного транспорта к загрузке за канчивается установлением в них необходимого температурного режима.
Для успешной транспортировки скоропортящихся продуктов большое значение имеет правильность размещения грузов в холо дильном транспорте. При транспортировании мороженых грузов их необходимо укладывать плотно, что позволяет избежать коле баний температуры и вредных воздействий теплопритоков на всю партию грузов. Охлажденные грузы, наоборот, следует размещать с таким расчетом, чтобы между отдельными партиями оставались зазоры для циркуляции воздуха.
Скоропортящиеся грузы предъявляются к погрузке:
упакованными (в таре — ящиках различных типов из разных материалов, картонных коробках, корзинах, бидонах, связках, мешках);
неупакованными — мясо всех видов скота в тушах и в разрубе на полутуши и четвертины, овощи и бахчевые — россыпью.
Тара должна быть стандартной и исправной. К моменту прием ки груза к перевозке должны быть готовы погрузочная станция и грузоотправитель. Отправитель заранее оформляет все документы, а работники станции убеждаются в том, что отправка предусмотрена планом. Имея право на погрузку, отправитель оформляет накладную и визирует ее в товарной конторе.
После взвешивания сведения о грузе заносят в книгу приема груза к отправлению. Когда продукция загружена в камеры холо дильного транспорта, приемосдатчик дороги принимает груз на ружным осмотром. Принятый к перевозке груз маркируют от правитель и станция. После погрузки и осмотра транспорт плом бируют.
ПРИЛОЖЕНИЯ
Приложение 1
Условия, сроки хранения особоскоропортящихся продуктов
Значительная часть продовольственных продуктов поступает в розничную торговую сеть непосредственно от пищевых предпри ятий, минуя оптовые холодильники. Это мясные, молочные, рыб ные, овощные продукты, кондитерские изделия и другие так на зываемые особоскоропортящиеся продукты.
К особоскоропортящимся относятся продукты, сроки хране ния которых с момента окончания технологического процесса при температуре не выше 6 °С составляют от 6 до 72 ч. Эти сроки вклю чают время пребывания продуктов на предприятии-изготовителе, транспортирование и хранение на торговых предприятиях.
Условия и сроки хранения особоскоропортящихся продуктов установлены Санитарными правилами и предназначены для всех предприятий, производящих и реализующих эти продукты.
При нарушении условий и сроков хранения особоскоропортя щихся продуктов в них могут размножаться микроорганизмы, вызывающие порчу, а также способные вызывать пищевые бакте риальные отравления и острые кишечные заболевания.
Предприятие-изготовитель на каждую партию особоскоропор тящихся продуктов обязано выдать документы, удостоверяющие качество (сертификат), накладную (заборный лист) с указанием даты и часа выработки на предприятии с момента окончания технологического процесса, температуры хранения и окончания срока хранения (дата, ч) в соответствии с Санитарными правилами.
Предприятием-изготовителем производится маркировка каж дой партии особоскоропортящейся продукции с указанием на ярлыках или упаковке температуры и окончания срока хранения. При выпуске нефасованной продукции ярлыки направляются предприятиями-изготовителями в торговую сеть и при реализа ции выкладываются на прилавок.
Транспортируют особоскоропортящиеся продукты в закрытой маркированной таре охлаждаемым или изотермическим автотранс портом, имеющим санитарный паспорт; в теплое время года — в изотермическом транспорте (при наличии льда — не более 3 ч, без льда — не более 1 ч).
Хранение особоскоропортящихся продуктов в розничной тор говой сети производится при температуре от 2 до 6 °С, за исклю чением некоторых полуфабрикатов и готовых изделий, темпера тура хранения которых указана специально. В особых случаях учреждениям санитарно-эпидемиологической службы на местах да ется право продлевать сроки хранения крупных партий продуктов при сохранении их качества и соблюдении условий хранения. Максимальный срок дополнительного хранения не должен пре вышать половины установленного.
Полуфабрикаты высокой степени готовности и кулинарные изделия, предназначенные для реализации на предприятиях-доготовочных и в магазинах кулинарии и имеющие более длитель ные сроки хранения, отмечены в таблице знаком «*».
Условия и сроки хранения особоскоропортящихся продуктов питания
|
Продукты питания
|
Продолжи-тельность
хранения, ч
|
Температура
хранения, 0С
|
|
Мясные
|
|
|
|
Полуфабрикаты из говядины, свинины,
баранины (козлятины)
|
|
|
|
Крупнокусковые
|
48
|
2 — 6
|
|
Мясо фасованное (от 0,25 до 1 г)
|
36
|
2-6
|
|
Порционные без панировки (вырезка, бифштекс натуральный, лангет, антрекот, ромштекс, говядина, баранина, свинина духовая, эскалоп, шницель и др.)
|
36
|
2-6
|
|
Порционные в панировке (ромштекс,
котлета натуральная из баранины и свинины, шницель)
|
24
|
2-6
|
|
Мелкокусковые (бефстроганов, азу, поджарка, гуляш, говядина для тушения, мясо для шашлыка и др.)
|
24
|
2-6
|
|
Жаркое особое, мясное ассорти
|
18
|
2-6
|
|
Кости пищевые
|
24
|
2-6
|
|
Субпродукты:
|
|
|
|
охлажденные
|
24
|
2 — 6
|
|
замороженные
|
48
|
2-6
|
|
Шашлык маринованный (полуфабрикат)
|
24
|
2-6
|
|
Полуфабрикаты мясные рубленые:
|
|
|
|
шницель натуральный рубленый, котлеты натуральные рубленые, бифштекс рубленый, котлеты московские, домашние, киевские, люля-кебаб
|
12
|
2-6
|
|
бифштекс рубленый замороженный
|
48
|
Не выше -5
|
|
котлеты повышенной пищевой ценности говяжьи, обезжиренные и школьные, биточки говяжьи, кнели мясные
|
12
|
2-6
|
|
комбинированные (котлеты мясо-картофельные, мясокапустные и др.)
|
12
|
2-6
|
|
Фарши мясные, вырабатываемые мясопере рабатывающими предприятиями и заготовоч ными предприятиями общественного питания:
|
|
|
|
фарш натуральный (диетический и др.)
|
12
|
2-6
|
|
фарш мясной замороженный
|
18
|
2-6
|
|
фарш комбинированный мясной особый (с добавлением соевого белка)
|
12
|
2-6
|
|
фарш для голубцов ленивых
|
12
|
2-6
|
|
Фарш мясной, вырабатываемый предприя тиями торговли и общественного питания
|
6
|
2-6
|
|
Пельмени, фрикадельки мясные замороженные
|
48
|
Не выше -5
|
|
Полуфабрикаты из птицы и кроликов
|
|
|
|
Мясо птицы и кроликов охлажденное фасованное
|
48
|
2-6
|
|
Мясо птицы и кроликов замороженное
|
72
|
Не выше -5
|
|
Полуфабрикаты из мяса птицы (тушка, подготовленная к кулинарной обработке, окорочок, филе, четвертина задняя, цыплята-табака и любительские, бедро, голень, грудинка)
|
48
|
2-6
|
|
Наборы для студня: рагу, суповой
|
12
|
2-6
|
|
Полуфабрикаты рубленые из мяса птицы (котлеты пожарские куриные, кнели, куриные котлеты особые из кур и индеек, куриные школьные и др.)
|
12
|
2-6
|
|
Субпродукты из птицы и кроликов и полуфабрикаты из них
|
24
|
2-6
|
|
Кулинарные изделия из говядины, свинины, баранины (козлятины)
|
|
|
|
Мясо отварное, вырабатываемое централи зованно на заготовочных предприятиях общественного питания (крупным куском для холодных блюд; крупным куском, наре занное на порции для первых и вторых блюд, в желе)*
|
24
|
2-6
|
|
Мясо отварное, приготовленное на предприятиях общественного питания, кроме заготовочных
|
12
|
2-6
|
|
Мясо жареное, вырабатываемое на заготовочных предприятиях общественного питания (говядина и свинина, жаренные крупным куском для холодных блюд; говядина и свинина, жаренные крупным куском, нарезанные на порции для вторых блюд, в желе)*
|
48
|
2-6
|
|
Мясо жареное, приготовленное на всех предприятиях общественного питания, кроме заготовочных
|
24
|
2-6
|
|
Мясо шпигованное тушеное (крупным куском, нарезанное на порции для вторых блюд, в желе)*
|
24
|
2-6
|
|
Субпродукты мясные отварные (язык, вымя, сердце, почки, мозги)
|
18
|
2-6
|
|
|
|
|
|
Печень жареная
|
24
|
2-6
|
|
Кулинарные изделия из рубленого мяса жареные (котлеты, бифштексы, биточки, шницели)
|
12
|
2-6
|
|
Студни мясные и мясо заливное
|
12
|
2-6
|
|
Паштеты из мяса, печени и птицы, вырабатываемые промышленностью
|
24
|
0-2
|
|
Паштеты из мяса и печени, вырабатываемые предприятиями общественного питания
|
6
|
2-6
|
|
Пищевые бульоны, вырабатываемые предприятиями мясной промышленности:
|
|
2-6
|
|
концентрированные
|
24
|
2-6
|
|
жидкие
|
6
|
2-6
|
|
Бульоны с желатином, полуфабрикаты*:
|
|
|
|
мясные
|
48
|
2-6
|
|
куриные
|
24
|
2-6
|
|
Бульоны куриные костные, полуфабрикаты*
|
24
|
2-6
|
|
Бульоны костные концентрированные*,
полуфабрикаты
|
48
|
2-6
|
|
Кулинарные изделия из птицы и кроликов
|
|
2-6
|
|
Тушки уток и цыплят запеченные
|
48
|
2-6
|
|
Тушки птицы копченые, копчено-запеченные и копчено-вареные
|
72
|
2-6
|
|
Мясо птицы и кроликов жареное, вырабатываемое централизованно на заготовочных предприятиях общественного питания и в птицеперерабатывающей промышленности*
|
48
|
2-6
|
|
Мясо птицы и кроликов жареное, приготовленное на всех предприятиях общественного питания, кроме заготовочных
|
24
|
2-6
|
|
Птица отварная тушками, вырабатываемая централизованно на заготовочных предприятиях общественного питания и в птицеперерабатывающей промышленности*
|
24
|
2-6
|
|
Птица отварная тушками, приготовленная на всех предприятиях общественного питания, кроме заготовочных
|
18
|
2-6
|
|
Птица отварная, нарубленная на порции,
в желе*
|
24
|
2-6
|
|
Мякоть птицы отварная в форме брикета*
|
24
|
2-6
|
|
Котлеты из мяса птицы
|
12
|
2-6
|
|
Яйца вареные
|
24
|
2-6
|
|
Колбасы и колбасные изделия
|
|
2-6
|
|
Холодец в оболочке
|
36
|
2-6
|
|
Зельц, сорт:
|
|
2-6
|
|
высший
|
48
|
2-6
|
|
первый, второй
|
24
|
2-6
|
|
особый второй
|
12
|
2-6
|
|
третий
|
12
|
2-6
|
|
Рулет из рубца, сорт:
|
|
|
|
третий
|
12
|
2-6
|
|
новый и красный третьего сорта
|
12
|
2-6
|
|
Колбасы вареные, сорт:
|
|
|
|
высший
|
72
|
2-6
|
|
первый, второй
|
48
|
2-6
|
|
третий
|
24
|
2-6
|
|
Сосиски и сардельки высшего, первого
и второго сортов
|
48
|
2-6
|
|
Хлебцы мясные, сорт:
|
|
|
|
высший
|
72
|
2-6
|
|
первый, второй
|
48
|
2-6
|
|
Колбасы ливерные, сорт:
|
|
|
|
высший, первый
|
48
|
2-6
|
|
второй
|
24
|
2-6
|
|
третий
|
12
|
2-6
|
|
Колбасы кровяные, сорт:
|
|
|
|
первый, второй
|
24
|
2 — 6
|
|
третий
|
48
|
2-6
|
|
копченая первого сорта
|
72
|
2 — 6
|
|
Вареные изделия в оболочке (ветчина на
ассорти, ветчина для завтрака, ветчина
в оболочке и др.)
|
72
|
2 — 6
|
|
Колбасы вареные с добавлением субпродуктов, сардельки белковые и субпродуктовые
|
24
|
2-6
|
|
Фасованные колбасные изделия, упакованные в полимерную пленку под вакуумом; колбасы вареные, продукты из свинины, говядины и баранины вареные
|
48
|
2 — 6
|
|
Колбаса ливерная растительная
(с добавлением крупы)
|
12
|
2 — 6
|
|
Колбаски для детского питания
|
36
|
2 — 6
|
|
Колбасы вареные из птицы первого сорта, сосиски
|
48
|
2 — 6
|
|
Рыбные и морепродукты
|
|
|
|
Полуфабрикаты
|
|
|
|
Рыба всех наименований охлажденная
|
48
|
-2...0
|
|
Рыба и рыбные товары всех наименований мороженые и глазированные
|
24
|
-2...0
|
|
Рыба специальной разделки незамороженная
|
24
|
-2...+2
|
|
Рыба порционированная в сухарях
|
12
|
2 — 6
|
|
Шашлыки и поджарка
|
24
|
-2...+2
|
|
Котлеты, биточки, фарш, зразы рыбо-
картофельные, блинчики (без
замораживания)
|
12
|
-2...+2
|
|
|
|
|
|
Котлеты, голубцы, фарш замороженные
|
72
|
-4...-6
|
|
Пельмени рыбные замороженные
|
48
|
-4...-6
|
|
Кулинарные изделия
|
|
|
|
Рыба всех наименований жареная
|
36
|
2 — 6
|
|
Рыба всех наименований печеная
|
48
|
2 — 6
|
|
Рыба всех наименований отварная
|
24
|
2-6
|
|
Рыба фаршированная
|
24
|
2 — 6
|
|
Изделия рубленые из соленой рыбы (сельди, скумбрии, сардины и др.)
|
24
|
2-6
|
|
|
|
|
|
Котлеты из рыбы всех наименований жареные
|
12
|
2 — 6
|
|
|
|
|
|
Фрикадельки, тефтели рыбные с соусом
томатным
|
48
|
2-6
|
|
|
|
|
|
Рыба всех наименований и рулеты горячего копчения
|
48
|
2-6
|
|
|
|
|
|
Колбаски рыбные вареные
|
48
|
2-6
|
|
Зельцы «Рыбацкий», «Особый» и др.
|
12
|
2-6
|
|
Раки и креветки вареные
|
12
|
2-6
|
|
Крабовые палочки
|
48
|
2-6
|
|
Кальмары с овощами в сметанном соусе,
отбивные из кальмаров, котлеты из
кальмаров
|
24
|
2-6
|
|
Кальмары в маринаде
|
48
|
2-6
|
|
Кулинарные изделия промышленного
производства из белковой пасты «Океан»
|
|
|
Масла рыбные и икорные всех наименований
|
24
|
2-6
|
|
Рыба заливная
|
24
|
-2...+2
|
|
Пасты рыбные в полимерной
потребительской таре
|
24
|
-2...+2
|
|
Вторые рыбные блюда в потребительской таре:
|
|
|
|
без замораживания
|
12
|
-2...+2
|
|
замороженные
|
72
|
-1...-6
|
|
Паста белковая мороженая «Океан»
|
72
|
-1...-3
|
|
Молочные и кисломолочные
|
|
|
|
Молоко пастеризованное, сливки,
ацидофилин
|
36
|
-1...-3
|
|
Кефир
|
36
|
-1...-3
|
|
Простокваша
|
24
|
-1...-3
|
|
Напитки из сыворотки (квас молочный,
«Новый», сывороточный напиток с томатным соком)
|
48
|
-1...-3
|
|
Пахта свежая и напитки из нее
|
36
|
-1...-3
|
|
Кумыс натуральный (из кобыльего молока), кумыс из коровьего молока
|
48
|
-1...-3
|
|
Сметана:
|
|
|
|
обычная
|
72
|
-1...-3
|
|
диетическая
|
48
|
-1...-3
|
|
Творог:
|
|
-1...-3
|
|
жирный и обезжиренный диетический
|
36
|
-1...-3
|
|
крестьянский 5%-ный
|
24
|
-1...-3
|
|
Сырки соевые, соевая простокваша
|
12
|
-1...-3
|
|
Творожные полуфабрикаты:
|
|
-1…-3
|
|
сырники, тесто для сырников, тесто для вареников ленивых, полуфабрикат
для запеканки творожной с изюмом
|
24
|
-1...-3
|
|
Вареники с творогом
|
24
|
Не выше -6
|
|
Сырково-творожные изделия
|
36
|
0-2
|
|
Запеканка и пудинг из творога*, кулинарные изделия, вырабатываемые на заготовочных предприятиях общественного питания
|
48
|
2-6
|
|
Изделия творожные, кулинарные,
вырабатываемые на всех предприятиях
общественного питания, кроме
заготовочных:
|
|
|
|
пудинг творожный жирный и полужирный
|
24
|
2-6
|
|
зразы творожные с изюмом жирные и полужирные
|
36
|
2-6
|
|
Сыр домашний
|
36
|
2-6
|
|
Сыры сливочные в коробочках из
полистирола и других полимерных
материалов:
|
|
|
|
сладкий и фруктовый
|
48
|
2-6
|
|
острый, советский, рокфор
|
72
|
2-6
|
|
Сыры мягкие и рассольные без созревания
|
48
|
2-6
|
|
Сыр клинковый
|
36
|
2-6
|
|
Сырная масса «Кавказ»
|
48
|
2-6
|
|
Масло сырное
|
48
|
2-6
|
|
Масло сливочное брусочками
|
5
|
2-6
|
|
Напитки сливочные
|
24
|
2-6
|
|
Напиток «Южный»
|
24
|
2-6
|
|
Напитки «Любительский», «Снежок»
|
36
|
2-6
|
|
Продукты для детского питания:
|
|
|
|
детский кефир в бутылках
|
21
|
2-6
|
|
детский кефир в пакетах
|
36
|
2-6
|
|
детский творог
|
24
|
2-6
|
|
ацидофильная смесь «Малютка»:
|
|
|
|
в бутылках
|
24
|
2-6
|
|
в пакетах
|
36
|
2-6
|
|
Продукция детских молочных кухонь
|
24
|
2-6
|
|
Молоко гуманизированное «Виталакт ДМ» для детей грудного возраста
|
36
|
2-6
|
|
Молоко гуманизированное «Виталакт
обогащенный»
|
36
|
2-6
|
|
«Виталакт кисломолочный» для детского и диетического питания
|
48
|
2 — 6
|
|
Овощные
|
|
|
|
Полуфабрикаты
|
|
|
|
Картофель сырой очищенный
сульфитированный
|
48
|
2-6
|
|
Капуста белокочанная свежая зачищенная
|
12
|
2-6
|
|
Морковь, свекла, лук репчатый сырые очищенные
|
24
|
2-6
|
|
Редис, редька обработанные, нарезанные*
|
12
|
2-6
|
|
Петрушка обработанная*:
|
|
|
|
зелень
|
12
|
2-6
|
|
корень
|
24
|
2-6
|
|
Сельдерей обработанный*:
|
|
|
|
зелень
|
18
|
2-6
|
|
корень
|
24
|
2-6
|
|
Лук зеленый обработанный*
|
18
|
2-6
|
|
Укроп обработанный*
|
18
|
2-6
|
|
Эстрагон (зелень) обработанный*
|
18
|
2-6
|
|
Пастернак (корень) обработанный*
|
24
|
2-6
|
|
Полуфабрикаты, прошедшие тепловую
обработку
|
|
|
|
Запеканки капустная, морковная, овощная, картофельная с мясом*
|
18
|
2 — 6
|
|
Биточки (котлеты) капустные, морковные, свекольные, картофельные*
|
18
|
2 — 6
|
|
Шницель капустный, фарш капустный, фарш морковный
|
12
|
2 - 6
|
|
Огурцы соленые нарезанные припущенные*
|
24
|
2 - 6
|
|
Капуста белокочанная свежая нарезанная бланшированная*
|
12
|
2 — 6
|
|
Капуста квашеная тушеная для первых блюд*
|
72
|
2 - 6
|
|
Лук, морковь пассерованные*
|
48
|
2-6
|
|
Соусы концентрированные*:
|
|
|
|
красный основной и томатный
|
72
|
2-6
|
|
белый основной, сметанный, яблочный
|
48
|
2-6
|
|
Голубцы-полуфабрикаты (овощные, с мясом и рисом, с рыбой и рисом, с творогом и рисом, с пшеном и шпиком)*
|
12
|
2-6
|
|
Голубцы-полуфабрикаты с мясом и рисом, приготовленные в столовых
|
6
|
2-6
|
|
Салат из квашеной капусты *
|
24
|
2-6
|
|
Овощи отварные очищенные*:
|
|
|
|
морковь
|
24
|
2-6
|
|
свекла
|
24
|
2-6
|
|
картофель
|
18
|
2-6
|
|
Овощи отварные очищенные нарезанные*:
|
|
|
|
морковь
|
18
|
2-6
|
|
свекла
|
18
|
2-6
|
|
картофель
|
12
|
2-6
|
|
Салаты (мясной, столичный, рыбный) в не заправленном виде*
|
12
|
2-6
|
|
Салаты, винегреты всех наименований в не заправленном виде, приготовленные в столовых
|
6
|
2-6
|
|
Овощи отварные неочищенные
|
6
|
2-6
|
|
Мучные
|
|
|
|
Полуфабрикаты
|
|
|
|
Тесто дрожжевое для пирожков печеных и жареных, кулебяк, пирогов и других мучных изделий
|
9
|
2-6
|
|
Тесто слоеное пресное для тортов, пирожных и других мучных изделий
|
24
|
2-6
|
|
Тесто песочное для тортов и пирожных
|
36
|
2-6
|
|
Тесто для вареников ленивых
|
24
|
2-6
|
|
Блинчиковые заготовки
|
24
|
2-6
|
|
Блинчики:
|
|
|
|
с мясным, творожным, яблочным фаршем
|
12
|
2-6
|
|
с джемом и повидлом
|
18
|
2-6
|
|
Кулинарные изделия
|
|
|
|
Сырные палочки
|
72
|
2-6
|
|
с творогом
|
6
|
Не выше 20
|
|
с повидлом и фруктовыми начинками
|
24
|
Не выше 20
|
|
Чебуреки, беляши, пирожки столовые жареные; печеные, кулебяки, расстегаи (с мясом, яйцами, творогом, капустой, ливером и другими начинками)
|
3
|
Не выше 20
|
|
Крупяные
|
|
|
|
Полуфабрикаты
|
|
|
|
Биточки (котлеты) манные, пшенные
|
18
|
2-6
|
|
Кулинарные изделия
|
|
|
|
Запеканки манная, рисовая, рисовая с тво рогом
|
12
|
2-6
|
|
Пудинг молочный, рисовый
|
24
|
2-6
|
|
Крупеник с творогом жирным и полужирным
|
24
|
2-6
|
|
Плов фруктовый
|
24
|
2-6
|
|
Мучные кондитерские изделия, сладкие блюда, напитки
|
24
|
2-6
|
|
Торты и пирожные:
|
|
|
|
без отделки кремом, с белково-взбивным кремом или с фруктовой отделкой
|
72
|
2-6
|
|
со сливочным кремом, в том числе пирожное «Картошка»
|
36
|
2-6
|
|
Рулеты бисквитные:
|
|
|
|
с кремом
|
36
|
2-6
|
|
с творогом
|
24
|
2-6
|
|
Желе, муссы
|
24
|
2-6
|
|
Кремы сливочные и творожно-фруктовые
|
24
|
2-6
|
|
Сливки взбитые
|
6
|
2-6
|
|
Торт творожный
|
24
|
2-6
|
|
Квасы, вырабатываемые промышленностью:
|
|
|
|
хлебный непастеризованный
|
48
|
2-6
|
|
«Московский»
|
72
|
2-6
|
|
Безалкогольные негазированные напитки (лимонный, вишневый без консерванта), вырабатываемые промышленностью
|
48
|
2-6
|
|
Быстрозамороженные
|
|
|
|
Салаты, закуски
|
|
|
|
Салат из краснокочанной капусты
|
24
|
0-4
|
|
Салат из свеклы с хреном
|
24
|
0-4
|
|
Овощная закуска с томатом
|
24
|
0-4
|
|
Вторые блюда, гарниры
|
|
|
|
Гуляш из говядины
|
96
|
Не выше -6
|
|
Говядина тушеная
|
96
|
Не выше -6
|
|
Мясо по-домашнему
|
96
|
Не выше -6
|
|
Бефстроганов
|
96
|
Не выше -6
|
|
Тефтели
|
96
|
Не выше -6
|
|
Биточки «Здоровье» без соуса
|
96
|
Не выше -6
|
|
Биточки «Здоровье» с соусом
|
48
|
Не выше 0
|
|
Бифштекс
|
48
|
Не выше 0
|
|
Сардельки
|
48
|
Не выше 0
|
|
Сосиски
|
48
|
Не выше 0
|
|
Колбаса
|
48
|
Не выше 0
|
|
Блинчики по-крестьянски
|
48
|
Не выше 0
|
|
Блинчики кавказские
|
48
|
Не выше 0
|
|
Блинчики с капустой
|
48
|
Не выше 0
|
|
Блинчики с творогом
|
48
|
Не выше 0
|
|
Блинчики с фруктовой начинкой
|
48
|
Не выше 0
|
|
Крокеты
|
48
|
Не выше -5
|
|
Котлеты крестьянские в соусе
|
48
|
Не выше -5
|
|
Котлеты крестьянские без соуса
|
48
|
Не выше -5
|
|
Фарш для крокетов
|
48
|
Не выше -5
|
|
Капуста квашеная тушеная
|
24
|
0-4
|
|
Капуста свежая тушеная
|
24
|
0-4
|
Приложение 2
Номограммы охлаждения шара, пластин и цилиндра
Зависимость безразмерной температуры от критериев Био и Фурье для центра шара
Зависимость безразмерной температуры от критериев Био и Фурье для середины пластины
Зависимость безразмерной температуры от критериев Био и Фурье для оси диаметра
Приложение 3
Энтальпия продуктов питания при различных температурах, кДж/кг
|
Тем пера тура про дук та, 0С
|
Говя дина, птица
|
Бара нина
|
Сви нина
|
Суб про дукты мяс ные
|
Рыба тощая
|
Рыба жир ная
|
Кури ные яйца
|
Мас ло сли воч ное
|
Мо локо цель ное
|
Прос токва ша, кефир
|
Сме тана
|
Тво рог
|
Сыр
|
Мо ро женое сли воч ное
|
Вино град, абри косы, виш ня
|
Дру гие фрук ты и плоды
|
|
-20
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
---
|
0
|
0
|
---
|
---
|
0
|
---
|
0
|
0
|
0
|
|
-18
|
4,6
|
4,6
|
4,6
|
5,0
|
5,0
|
5,0
|
---
|
3,8
|
5,5
|
—
|
—
|
9,4
|
—
|
7,1
|
7,5
|
6,7
|
|
-15
|
13,0
|
12,6
|
12,2
|
13,8
|
14,3
|
14,3
|
—
|
10,1
|
14,3
|
—
|
—
|
26,8
|
—
|
19,7
|
20,6
|
17,2
|
|
-12
|
22,2
|
21,8
|
21,4
|
24,4
|
24,8
|
24,4
|
—
|
17,6
|
25,2
|
—
|
—
|
41,2
|
—
|
34,8
|
36,5
|
29,8
|
|
-10
|
30,2
|
29,8
|
28,9
|
33,2
|
33,6
|
32,7
|
—
|
23,5
|
32,7
|
—
|
—
|
53,2
|
---
|
46,9
|
49,8
|
38,5
|
|
-8
|
39,4
|
38,5
|
34,8
|
43,1
|
43,5
|
42,3
|
---
|
29,3
|
42,3
|
---
|
---
|
63,7
|
1,3
|
62,4
|
63,5
|
51,0
|
|
-5
|
57,3
|
55,6
|
54,4
|
62,8
|
64,0
|
62,5
|
---
|
40,6
|
62,8
|
---
|
---
|
85,9
|
5,5
|
105,3
|
116,0
|
82,9
|
|
-3
|
75,3
|
74,0
|
73,3
|
87,9
|
88,4
|
85,5
|
227,4
|
50,5
|
88,7
|
—
|
—
|
103,0
|
11,3
|
178,8
|
202,2
|
139,0
|
|
-2
|
98,8
|
95,8
|
91,6
|
109,6
|
111,6
|
106,2
|
230,2
|
60,4
|
111,2
|
—
|
—
|
—
|
14,3
|
221,0
|
229,0
|
211,0
|
|
-1
|
185,5
|
179,5
|
170,0
|
204,0
|
212,2
|
199,8
|
233,8
|
91,6
|
184,2
|
—
|
—
|
192,6
|
16,7
|
224,4
|
232,6
|
267,9
|
|
0
|
232,2
|
224,0
|
211,8
|
261,0
|
265,8
|
249,0
|
237,0
|
95,0
|
317,8
|
0
|
0
|
299,1
|
19,7
|
227,4
|
235,8
|
271,7
|
|
1
|
235,5
|
227,0
|
214,7
|
264,5
|
269,5
|
252,0
|
240,0
|
98,8
|
322,8
|
3,2
|
3,8
|
302,2
|
22,7
|
230,8
|
239,5
|
274,3
|
|
2
|
238,2
|
230,0
|
217,8
|
268,3
|
272,9
|
256,0
|
243,3
|
101,4
|
326,8
|
8,0
|
5,9
|
205,5
|
25,2
|
234,0
|
242,9
|
279,0
|
|
4
|
245,5
|
236,3
|
224,0
|
274,3
|
280,0
|
262,6
|
249,8
|
106,5
|
334,4
|
15,9
|
13,0
|
313,0
|
31,0
|
240,9
|
250,2
|
286,7
|
|
8
|
248,2
|
249,0
|
235,8
|
289,2
|
293,9
|
277,0
|
262,4
|
121,4
|
350,7
|
31,4
|
29,3
|
326,9
|
42,3
|
254,4
|
264,5
|
302,0
|
|
10
|
264,5
|
255,3
|
241,7
|
290,0
|
301,0
|
283,0
|
268,7
|
129,8
|
358,5
|
39,4
|
36,8
|
334,0
|
47,7
|
264,0
|
271,8
|
308,8
|
|
12
|
270,8
|
261,4
|
248,2
|
302,2
|
308,0
|
290,0
|
274,3
|
138,6
|
366,0
|
47,3
|
44,4
|
344,3
|
53,2
|
267,9
|
278,6
|
317,0
|
|
15
|
280,4
|
271,2
|
256,8
|
312,8
|
314,4
|
300,4
|
284,4
|
156,3
|
378,0
|
59,0
|
55,2
|
351,5
|
61,5
|
277,8
|
289,6
|
328,0
|
|
20
|
296,8
|
286,7
|
272,5
|
330,6
|
336,0
|
317,4
|
300,0
|
182,8
|
398,0
|
78,6
|
73,7
|
369,4
|
75,7
|
294,8
|
307,0
|
346,5
|
|
25
|
312,0
|
301,8
|
287,7
|
348,0
|
353,6
|
334,4
|
316,2
|
204,2
|
418,0
|
98,4
|
95,8
|
387,2
|
89,6
|
311,0
|
325,5
|
365,6
|
|
30
|
329,0
|
314,0
|
301,8
|
366,0
|
371,0
|
351,5
|
331,4
|
321,4
|
437,0
|
118,0
|
110,6
|
404,7
|
103,8
|
328,0
|
343,0
|
384,8
|
|
35
|
345,0
|
334,0
|
317,8
|
384,0
|
388,0
|
369,0
|
347,5
|
240,0
|
458,0
|
—
|
—
|
—
|
—
|
344,6
|
360,5
|
403,0
|
|
40
|
361,0
|
349,8
|
332,2
|
401,0
|
406,0
|
385,0
|
362,7
|
253,6
|
477,0
|
—
|
—
|
—
|
—
|
361,4
|
378,0
|
421,0
|
Приложение 4
Физические свойства сухого воздуха при давлении 1,01 • 105 Па
|
Темпера-тура, °С
|
Плотность, кг/м3
|
Удельная теплоемкость, кДж/(кг • К)
|
Теплопровод ность · 102, Вт/(м • К)
|
Температуро проводность,
a ·106, м2/с
|
Динамическая вязкость, ·106, Н·с/м2
|
Кинемати ческая вязкость, v·106, м2/с
|
Число Прандтля, Рr
|
|
-50
|
1,584
|
1,013
|
2,04
|
12,7
|
14,6
|
9,23
|
0,728
|
|
-40
|
1,515
|
1,013
|
2,12
|
13,8
|
15,2
|
10,04
|
0,728
|
|
-30
|
1,453
|
1,030
|
2,20
|
14,9
|
15,7
|
10,80
|
0,723
|
|
-20
|
1,395
|
1,009
|
2,28
|
16,2
|
16,2
|
11,61
|
0,716
|
|
-10
|
1,342
|
1,009
|
2,36
|
17,4
|
16,7
|
12,43
|
0,712
|
|
0
|
1,293
|
1,005
|
2,44
|
18,8
|
17,2
|
13,28
|
0,707
|
|
10
|
1,247
|
1,005
|
2,51
|
20,0
|
17,6
|
14,16
|
0,705
|
|
20
|
1,205
|
1,005
|
2,59
|
21,4
|
18,1
|
15,01
|
0,703
|
|
30
|
1,165
|
1,005
|
2,67
|
22,9
|
18,6
|
16,00
|
0,701
|
|
40
|
1,128
|
1,005
|
2,76
|
24,3
|
19,1
|
16,96
|
0,699
|
|
50
|
1,093
|
1,055
|
2,83
|
25,7
|
19,6
|
17,95
|
0,698
|
Приложение 5
Термины и определения (по ГОСТ 24393 — 80, 25005-94, ГОСТ 23833-95)
|
Термин
|
Определение
|
|
Холодильная техника
|
Отрасль техники, предметом которой является искусственное охлаждение
|
|
Охлаждение искусственное
|
Охлаждение с помощью холодильных машин
|
|
Охлаждение естест венное
|
Охлаждение путем теплообмена с окружающей средой
|
|
Холодильная ма шина
|
Машина, осуществляющая перенос теплоты с нижнего температурного уровня на более высокий с целью охлаждения
|
|
Холодильный агент (хладагент)
|
Рабочее вещество холодильного цикла
|
|
Холодильная ма шина компрес сионная
|
Холодильная машина, в которой холодильный цикл осуществляется с помощью механического компрессора
|
|
Холодильная машина паровая компрессионная
|
Компрессионная холодильная машина, в которой холодильный агент изменяет агрегатное состояние
|
|
Холодильная машина газовая компрессионная
|
Компрессионная холодильная машина, в которой газообразный холодильный агент сохраняет свое агрегатное состояние
|
|
Холодильная машина теплоиспользующая
|
Холодильная машина, в которой холодильный цикл осуществляется за счет подвода теплоты
|
|
Холодильная машина абсорб ционная
|
Теплоиспользующая холодильная машина с применением абсорбции и десорбции
|
|
Холодильная ма шина пароэжекторная
|
Теплоиспользующая холодильная машина с применением эжекции холодильного агента
|
|
Охлаждение термоэлектрическое
|
Искусственное охлаждение, осуществляемое с использованием эффекта Пельтье
|
|
Вихревая труба
|
Аппарат для разделения потока газа с помощью эффекта Ранка на горячую и холодную части
|
|
Холодильная уста новка
|
комплекс холодильных машин и дополнительного оборудования, применяемый для искусственного охлаждения
|
|
Холодильная цепь
|
Совокупность технических средств для сохранения пищевых продуктов при низкой температуре на всех этапах от производства до потребления
|
|
Охлаждающее устройство
|
Устройство, осуществляющее искусственное охлаждение без холодильной машины
|
|
Хладоноситель
|
Вещество для отвода теплоты от охлаждаемых объектов и передачи ее холодильному агенту
|
|
Холодопроизводи-тельность
|
Количество теплоты, отводимое в единицу времени искусственным охлаждением
|
|
Холодильник
|
Сооружение или устройство с одной или несколькими холодильными камерами для обработки и хранения объектов охлаждения
|
|
Холодильная ка мера
|
Камера с искусственным охлаждением
|
|
Холодильник мерз лотный
|
Холодильник со строительными ограждениями из мерзлого грунта или построенный в вечной мерзлоте
|
|
Ледяной склад
|
Холодильник со строительными ограждениями изо льда
|
|
Холодильный ком прессор
|
Компрессор для сжатия и циркуляции холодильного агента
|
|
Сторона высокого давления
|
Все аппараты и трубопроводы холодильной машины, находящиеся под давлением нагнетания
|
|
Сторона низкого давления
|
Все аппараты и трубопроводы холодильной машины, находящиеся под давлением всасывания
|
|
Холодильный ком прессор сальни ковый
|
Холодильный компрессор с уплотнением приводного конца вала
|
|
Холодильный ком прессор бессальниковый
|
Холодильный компрессор со встроенным электродвигателем, имеющим внешние разъемы по корпусным деталям
|
|
Холодильный ком прессор герме тичный
|
Холодильный компрессор с электродвигателем в герметичном кожухе
|
|
Холодильный агрегат
|
Агрегат, состоящий из конструктивно объединенных основных и вспомогательных элементов холодильных машин
|
|
Холодильный цикл
|
Термодинамический цикл, используемый в холо дильной машине для искусственного охлаждения
|
|
Влажный ход ком прессора
|
Работа холодильного компрессора при всасывании влажного пара
|
|
Сухой ход ком прессора
|
Работа холодильного компрессора при всасывании перегретого пара
|
|
Испаритель
|
Испаритель холодильной машины для кипения холодильного агента
|
|
Конденсатор
|
Теплообменный аппарат холодильной машины, служащий для отвода теплоты от конденсирующего холодильного агента к окружающей среде
|
|
Абсорбер
|
Теплообменный аппарат абсорбционной холодильной машины, в котором производится поглощение пара слабым раствором
|
|
Генератор (кипятильник)
|
Теплообменный аппарат абсорбционной холодильной машины, в котором осуществляется выпаривание холодильного агента из крепкого раствора
|
|
Дефлегматор
|
Теплообменный аппарат абсорбционной холодильной машины для разделения паров холодильного агента и абсорбента путем бесконтактного охлаждения
|
|
Ректификатор
|
Теплообменный аппарат абсорбционной холодильной машины для разделения паров холодильного агента и абсорбента путем непосредственного контакта с крепким раствором
|
|
Холодильная техно логия
|
Отрасль науки и техники, обеспечивающая холодильную обработку и холодильное хранение сырья и пищевых продуктов
|
|
Холодильная обра ботка
|
Обработка сырья и пищевых продуктов охлаждением, замораживанием, подмораживанием, домораживанием, отеплением, размораживанием или их комбинацией
|
|
Охлаждение
|
Отвод теплоты от объектов охлаждения с понижением их температуры не ниже криоскопической
|
|
Охлаждение предварительное
|
Охлаждение продуктов, предшествующее любому последующему этапу технологического цикла обработки холодом или хранению
|
|
Термин
|
Определение
|
|
Переохлаждение
|
Понижение температуры объекта ниже криоскопической без кристаллизации содержащейся в них воды
|
|
Замораживание
|
Отвод теплоты от сырья и продуктов питания с понижением температуры ниже криоскопической при кристаллизации определенной части воды, содержащейся в них
|
|
Подмораживание
|
Отвод теплоты от материала с понижением его температуры ниже криоскопической, сопровождающейся частичной кристаллизацией влаги в поверхностном слое
|
|
Домораживание
|
Понижение температуры до заданного уровня при отводе теплоты от частично размороженного продукта
|
|
Глазирование
|
Покрытие поверхности замороженных продуктов слоем льда или другого отвердевающего вещества в целях предотвращения потери массы, окисления при хранении и получения новых продуктов
|
|
Отепление
|
Подвод теплоты к охлажденным продуктам с по вышением их температуры до температуры окружающей среды или несколько ниже
|
|
Размораживание
|
Подвод теплоты к замороженным материалам для плавления содержащегося в них льда
|
|
Холодильное хранение
|
Хранение сырья и продуктов питания, подвергнутых холодильной обработке при заданной температуре среды в камере
|
|
Хранение в контро лируемой среде
|
Холодильное хранение продуктов в условиях, обеспечивающих контролирование заданного уровня температуры, давления и состава среды
|
|
Допустимый срок холодильного хра нения
|
Срок, в течение которого продукты соответствуют заданным тестам качества
|
|
Режим холодиль ного хранения
|
Совокупность условий холодильного хранения материалов, влияющих на их качество (температура, относительная влажность, интенсивность циркуляции воздуха и состав среды)
|
|
Термический центр
|
Точка внутри продукта, температура которой при холодильной обработке экстремальна
|
|
Скорость охлажде ния
|
Отношение разности начальной и конечной температур к интервалу времени между моментами замера
|
|
Скорость заморажи вания
|
Скорость продвижения границы раздела фаз (твердой и жидкой) внутри продукта при его замораживании
|
|
Продолжительность замораживания
|
Время, необходимое для понижения температуры термического центра продукта от начальной до заданной конечной
|
|
Криоскопическая температура
|
Температура начала льдообразования
|
|
Среднеобъемная температура
|
Условное понятие, характеризующее равновесную температуру образца, помещенного в адиабатные условия после обработки холодом
|
|
Криогидратная тем пература (эвтекти ческая)
|
Температура продукта, соответствующая окончанию льдообразования в нем свободной (слабо связанной) воды
|
|
Вымороженная вода
|
Часть воды, перешедшая в твердое состояние
|
|
Скороморозильный аппарат
|
Аппарат для быстрого замораживания пищевых продуктов
|
|
Криоконцентрация
|
Процесс концентрации продуктов путем частич ного вымораживания воды и последующего разде ления компонентов
|
|
Фризерование
|
Интенсивное частичное замораживание смеси мо роженого при перемешивании с образованием в ней мелких ледяных кристаллов, сопровожда емое вбиванием в смесь мелких пузырьков воздуха с получением продукта сметанообразной консис тенции
|
|
Фризер
|
Аппарат для фризерования смеси мороженого
|
|
Закаливание моро женого
|
Окончательное замораживание фризерованного мороженого после его фасовки с получением продукта твердой консистенции
|
|
Закалочный аппа рат
|
Скороморозильный аппарат для закаливания мороженого
|
|
Холодильное оборудование торговое
|
Охлаждаемое оборудование для демонстрации, хранения и продажи пищевых продуктов на предприятиях торговли и общественного питания
|
|
Холодильное оборудование открытое торговое
|
Торговое холодильное оборудование с открытым доступом покупателя к продуктам
|
|
Холодильная вит рина
|
Торговое холодильное оборудование с видимой выкладкой товаров
|
|
Холодильный при лавок
|
Охлаждаемый прилавок, не имеющий видимой выкладки товаров
|
|
Холодильный при лавок-витрина
|
Охлаждаемый прилавок с витриной
|
|
Холодильная стойка
|
Охлаждаемый прилавок, специально оборудо ванный для продажи напитков в розлив
|
|
Холодильная ка мера сборная
|
Холодильная камера, собираемая из теплоизо лированных щитов на месте установки
|
|
Холодильный шкаф
|
Охлаждаемый шкаф для кратковременного хране ния продуктов питания и других материалов
|
|
Холодильный тран спорт
|
Технические средства для перевозки скоропор тящихся продуктов при низких температурах
|
|
Лед искусственный
|
Лед, изготавливаемый с помощью холодильной машины
|
|
Льдогенератор
|
Аппарат или агрегат для производства искусствен ного льда
|
|
Ледник
|
Холодильник, охлаждаемый льдом
|
|
Лед пищевой
|
Лед из питьевой воды, употребляемый в пищу или применяемый для охлаждения пищевых продуктов
|
|
Лед прозрачный
|
Лед, полученный из воды, не содержащей растворенного воздуха
|
|
Снеговальный агрегат
|
Агрегат для получения снежного льда и загрузки его в охлаждаемый объект
|
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Алямовский И.Г. Технология производства потребителей искус ственного холода. — Л.: Издательство Ленинградского университета, 1984.
Бабакин Б.С, Тихонов Б.С, Юрчинский Ю.М. Совершен ствование холодильной техники и технологии. — М.: Галактика-ИГМ, 1992.
Большаков С. А. Интенсификация процессов размораживания про дуктов животного происхождения. — М.: ЦНИИТЭИ мясомолпром, 1978.
Бражников A.M., Карпычев В.А., Пелеев А.И. Аналитичес кие методы исследования процессов термической обработки мясопро дуктов. — М.: Пищевая промышленность, 1974.
Быкова В.М., Белова 3.И. Справочник по холодильной обработ ке рыбы. — М.: Агропромиздат, 1986.
Головкин Н.А. Холодильная технология пищевых продуктов. — М.: Легкая и пищевая промышленность, 1984.
Головкин Н.А., Маслова Г.В., Скоморовская И.Р. Кон сервирование продуктов животного происхождения при субкриоскопических температурах. — М.: Агропромиздат, 1987.
Голянд М.М., Малеванный Б.Н. Холодильное технологичес кое оборудование. — М.: Пищевая промышленность, 1977.
Демьянков Н.В., Маталасов С.Ф. Хладотранспорт. — М.: Транс порт, 1976.
Ильясов B.C., Полушкин В.И., Васильева Н.Л. Холодиль ная технология продуктов в мясной и молочной промышленности. — М.: Легкая и пищевая промышленность, 1983.
Илюхин В.В. Физико-технические основы криоразделения пище вых продуктов. — М.: Агропромиздат, 1990.
Мазуренко А.Г., Федоров В.Г. Замораживание пищевых про дуктов в блоках. — М.: Агропромиздат, 1986.
Муравин Я.Г. Применение полимерных и комбинированных мате риалов для упаковки пищевых продуктов. — М.: Агропромиздат, 1985.
Руцкий А.В. Холодильная технология обработки и хранения про довольственных продуктов. — Минск: Вышэйшая школа, 1991.
Тертеров М.Н. Доставка скоропортящихся грузов. — М.: Транс порт, 1992.
Физико-технические основы холодильной обработки пищевых про дуктов / Под ред. Э. И. Каухчешвили. — М.: Агропромиздат, 1985.
Флауменбаум Б.Л. Основы консервирования пищевых продук тов. — М.: Агропромиздат, 1986.
Холодильная техника / Под ред. В. Ф.Лебедева. — М.: Агропромиздат, 1986.
Холодильная техника и технология: Учебник / Под ред. А.В.Руцко го. - М.: ИНФРА-М, 2000.
Холодильная технология рыбных продуктов / Под ред. Л. И. Констан тинова. — М.: Легкая и пищевая промышленность, 1984.
Цуранов О.А., Евреинова B.C. Лабораторный практикум по холодильной технологии пищевых продуктов. — Л.: Издательство Ленин градского университета, 1983.
Чижов Г.Б. Теплофизические процессы в холодильной технологии. — М.: Пищевая промышленность, 1979.
Шавра В.М., Барулина И.Д., Поварчук М.М. Холодильный автотранспорт. — М.: Легкая и пищевая промышленность, 1981.
Шаробайко В.И. Биохимия продуктов холодильного консервиро вания. — М.: Агропромиздат, 1991.
Яспер В., Плаче к Р. Консервирование мяса холодом. — М.: Пи щевая промышленность, 1980.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение ............................................................................................................................................ 4
РАЗДЕЛ I. ХОЛОДИЛЬНАЯ ТЕХНИКА
Глава 1. Физическая сущность и способы получения искусственного холода .......................... 7
1.1. Физические процессы получения низких температур............... …………………………….7
1.2. Способы охлаждения..................................................................................................................9
Глава 2. Термодинамические основы холодильных машин .......................................................10
2.1. Термодинамический цикл холодильных машин....................................................................10
2.2. Расчет цикла холодильных машин.........................................................................................11
2.3. Принцип действия паровых компрессионных холодильных машин..................................13
2.4. Система охлаждения холодильной установки........................................................................21
2.5. Холодильные агенты и хладоносители...................................................................................21
Глава 3. Типы холодильных машин ..............................................................................................24
3.1. Газовые и вихревые холодильные машины...........................................................................24
3.2. Компрессионные паровые холодильные машины................................................................26
3.3. Абсорбционные и сорбционные холодильные машины.......................................................27
3.4. Пароэжекторные холодильные машины................................................................................27
Глава 4. Компрессоры холодильных машин .................................................................................28
4.1. Поршневые компрессоры........................................................................................................28
4.2. Ротационные компрессоры......................................................................................................32
4.3. Винтовые компрессоры...........................................................................................................33
4.4. Турбокомпрессоры....................................................................................................................34
Глава 5. Теплообменные аппараты холодильных машин ...........................................................34
5.1. Конденсаторы...........................................................................................................................34
5.2. Испарители................................................................................................................................35
5.3. Охлаждающие приборы............................................................................................................36
Глава 6. Вспомогательное оборудование холодильных машин и установок ……………........36
Глава 7. Автоматизация, автоматическое регулирование и агрегаты холодильных
машин и установок...........................................................................................................................38
7.1. Автоматизация холодильных установок.................................................................................38
7.2. Автоматическое регулирование и управление.......................................................................40
7.3. Агрегаты холодильных машин и установок...........................................................................42
Глава 8. Охлаждаемые сооружения и холодильное оборудование.............................................42
8.1. Классификация холодильников для пищевых продуктов....................................................42
8.2. Охлаждающие среды, их свойства и параметры....................................................................48
8.3. Приборы измерения и контроля параметров охлаждающих сред и продуктов.................53
8.4. Конструкции холодильников..................................................................................................55
8.5. Механизация погрузочно-разгрузочных работ
и транспортно-складских операций................................................................................................58
8.6. Тепловой баланс охлаждаемых помещений, системы охлаждения холодильных
камер, способы отвода теплоты от потребителя холода..............................................................59
8.7. Холодильное технологическое оборудование........................................................................61
8.8. Холодильное торговое оборудование.....................................................................................66
8.9. Способы и оборудование безмашинного охлаждения.........................................................69
РАЗДЕЛ II. ХОЛОДИЛЬНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ПРОДУКТОВ ПИТАНИЯ
Глава 9. Теоретические основы холодильного консервирования пищевых продуктов ..........73
9.1. Принципы сохранения пищевых продуктов.........................................................................73
9.2. Влияние низких температур на рост и размножение микроорганизмов...........................75
9.3. Воздействие низких температур на клетки, ткани и организмы........................................77
9.4. Вспомогательные средства, применяемые при холодильной обработке и хранении…..79
Глава 10. Виды холодильной обработки пищевых продуктов ...................................................80
10.1. Охлаждение............................................................................................................................80
10.2. Замораживание.......................................................................................................................81
10.3. Подмораживание...................................................................................................................87
Глава 11. Теплофизические параметры пищевых продуктов и их изменения
при холодильной обработке ..........................................................................................................88
11.1. Теплофизические параметры пищевых продуктов............................................................88
11.2. Изменение теплофизических параметров пищевых продуктов
и температурные графики...............................................................................................................90
Глава 12. Тепло- и массообменные процессы в холодильной технологии ...............................93
12.1. Тепловой расчет процесса охлаждения...............................................................................93
12.2. Тепловой расчет процесса замораживания.........................................................................95
12.3. Тепло- и массообмен при холодильном хранении.............................................................97
12.4. Тепло- и массообмен при размораживании........................................................................99
Глава 13. Основные изменения, происходящие в продуктах питания при охлаждении ........101
13.1. Охлаждение продуктов растительного происхождения...................................................101
13.2. Охлаждение продуктов животного происхождения.........................................................106
13.3. Промышленные способы охлаждения продуктов животного происхождения..............113
Глава 14. Основные изменения, происходящие в продуктах
питания при низкотемпературной обработке .............................................................................119
14.1. Замораживание продуктов растительного происхождения.............................................119
14.2. Замораживание продуктов животного происхождения ...................................................124
14.3. Быстрозамороженные продукты.........................................................................................127
14.4. Сублимационная сушка продуктов....................................................................................132
Глава 15. Холодильное хранение продуктов питания ...............................................................135
15.1. Характеристика холодильного хранения...........................................................................135
15.2. Условия хранения скоропортящихся продуктов...............................................................136
15.3. Общие изменения продуктов в процессе хранения..........................................................140
15.4. Изменение состава и свойств плодов и овощей................................................................142
15.5. Условия хранения продуктов животного происхождения...............................................147
15.6. Изменение продуктов животного происхождения при холодильном хранении...........156
15.7. Холодильное хранение пищевых продуктов у потребителя............................................162
Глава 16. Отепление и размораживание.......................................................................................164
16.1. Технология отепления и размораживания.........................................................................164
16.2. Классификация и анализ способов размораживания пищевых продуктов....................166
16.3. Устройства для размораживания сырья и продуктов питания........................................169
16.4. Изменения, происходящие в продуктах питания в процессе размораживания.............175
16.5. Методы расчета параметров процесса размораживания
отдельных видов продуктов……………………………………………………………………..177
Глава 17. Транспортирование охлажденных и замороженных пищевых продуктов .............183
17.1. Классификация и краткая характеристика холодильного транспорта...........................183
17.2. Контейнерные перевозки.....................................................................................................188
17.3. Условия, сроки и особенности перевозки различных пищевых продуктов...................189
17.4. Правила приемки транспортируемых продуктов..............................................................191
Приложения ...................................................................................................................................193
Список литературы ........................................................................................................................211
Холодильная техника и технология продуктов питания