Основы размораживания пищевых продуктов

Размещено на http://www.allbest.ru/

1

Лабораторная работа

Основы размораживания пищевых продуктов

заморозка уравнение планка растительное сырье

Расчет продолжительности замораживания пищевых продуктов

Цель работы: Изучить теоретические основы размораживания пищевых продуктов. Провести расчет продолжительности замораживания растительного сырья с помощью уравнения Планка согласно индивидуальным вариантам данных.

Замороженные продукты перед употреблением подвергают соответствующей обработке, целью которой является доведение продуктов до состояния, близкого к исходному. В последнее время в холодильной технологии такие операции называют реституцией замороженных продуктов. Главную роль в этом процессе играет размораживание, т. е. процесс постепенного повышения внутренней температуры продукта.

Обычно во время размораживания происходит конденсация влаги из окружающей среды на поверхности продукта. Желательно при отеплении создать такие условия размораживания, при которых отсутствует конденсация влаги. Для размораживания рекомендуются способы и конструкции аппаратов, в которых поверхность продуктов увлажняется в результате контакта с жидкой средой или же подвода пара в помещения для размораживания. Использование таких решений в промышленных условиях связано с необходимостью строгого соблюдения санитарно-гигиенических условий.

Методы размораживания

Существуют две основные группы методов размораживания. При применении первой группы тепло подводится к продукту через его поверхность, которая подвергается воздействию воздуха, пара, жидкости или излучения горячей поверхности. При применении второй группы тепло генерируется внутри продукта, в частности, при применении диэлектрического, микроволнового нагрева или явления электрического сопротивления. В настоящее время в практических условиях первую группу методов применяют значительно чаще, чем вторую.

Методы поверхностного нагрева. При исследовании методов поверхностного нагрева продолжительность размораживания снижается с уменьшением размеров продукта, увеличением разности температур между продуктом и окружающей средой, а также увеличением скорости движения окружающей среды. Продолжительность размораживания значительно возрастает при осуществлении процесса в упаковке. Поэтому во всех случаях, когда это возможно, перед размораживанием упаковку необходимо удалить.

Размораживание в воздухе. В практических условиях применяют размораживание при отсутствии принудительного движения воздуха и с принудительной циркуляцией. Продолжительность размораживания и технологические эффекты процесса зависят от параметров воздуха. Рекомендуется температура воздуха не выше 20°С и относительная влажность не ниже 90%. При более высоких температурах может произойти микробиальная порча поверхностных слоев продукта до того момента, когда будут разморожены внутренние слои.

При высокой относительной влажности воздуха снижается усушка продукта, потери сока и обеспечивается высокий коэффициент теплопередачи.

При размораживании в воздухе подвод тепла происходит в результате двух параллельно протекающих процессов: теплообмена между поверхностью продукта и окружающей средой и диффузионного теплопотока внутри размораживаемого продукта.

Процесс размораживания в воздухе можно разделить на два этапа: нагрев замороженного продукта от начальной внутренней температуры до достижения криоскопической температуры на поверхности продукта и собственно размораживание, во время которого изменяется фазовое состояние воды во всем объеме продукта.

Продолжительность первого этапа размораживания составляет около 30% продолжительности второго этапа.

Методы внутреннего нагрева. В промышленной практике наряду с методами поверхностного размораживания применяют также размораживание пищевых продуктов в электрическом поле. Используют диэлектрические свойства замороженных пищевых продуктов, которые поглощают электромагнитные волны с образованием тепла, что вызывает повышение внутренней температуры продуктов. Механизм энергетических процессов может быть различным и основан, в частности, на ионной проводимости, диполярной ротации, явлениях электрострикции, пьезоэлектрических явлениях и ферромагнитном резонансе.

Количество тепла, образовавшегося в продуктах при применении этих методов, в значительной степени зависит от электрических свойств продуктов. Известны три основных метода внутреннего размораживания: микроволновое, диэлектрическое и электроконтактное.

Микроволновое размораживание. Микроволны обладают следующими общими свойствами: способностью проникать через слои воздуха и такие материалы, как пластмассы, фарфор, стекло; способностью отражаться от металлических поверхностей; способностью поглощаться диэлектрическими материалами, к которым относятся также пищевые продукты.

Микроволновое размораживание пищевых продуктов обладает следующими преимуществами: сравнительно высокой равномерностью нагрева продукта по всему объему; значительным сокращением продолжительности размораживания с одновременной возможностью контроля течения процесса и его автоматизации; возможностью создания высоких санитарно-гигиенических условий процесса размораживания. Равномерное увеличение температуры по всему объему продукта положительно отличает микроволновое размораживание от всех поверхностных методов, характеризующихся неравномерностью нагрева продукта.

Быстрое размораживание поверхностных слоев продукта в воздушной среде при низком коэффициенте теплопередачи этих слоев обусловливает местное повышение температуры поверхности за время, необходимое для достижения криоскопической температуры в тепловом центре продукта. При этом возникает опасность интенсификации окислительных изменений и усушки продукта, а также возможность микробиальной порчи.

При микроволновом размораживании теоретически одновременному нагреву подвергаются все частицы продукта и процесс теплопроводности отсутствует. В связи с этим местные перегревы поверхности и появление нежелательных изменений качества наблюдаются очень редко, главным образом, при размораживании продуктов больших размеров.

Степень равномерности микроволнового размораживания тем выше, чем больше однородность состава продукта, чем выше содержание в нем воды, меньше его размеры и чем более регулярная форма. Некоторое повышение равномерности нагрева можно получить погружением продуктов перед обработкой в воду.

Продолжительность микроволнового размораживания значительно меньше, чем традиционно применяемого. При микроволновом размораживании допускается использование упаковочных материалов, обладающих соответствующими диэлектрическими свойствами и достаточной стойкостью к воздействию высоких температур. Не допускается применение металлической фольги, от поверхности которой отражаются микроволны. Лучшим материалом считают полиэтилен, особенно полиэтилен низкого давления. Допускаются также упаковки из полистирола и ламинированного картона.

Диэлектрическое размораживание. При этом методе электрическое поле образуется электродами, между которыми помещают продукт. Однако электроды не находятся в непосредственном контакте с продуктом. При диэлектрическом нагреве широко применяют частоты в пределах 27--100 МГц. Этот метод используют меньше, чем микроволновое размораживание.

Электроконтактное размораживание. Электроконтактное размораживание основано на прохождении электрического тока через размораживаемый продукт, расположенный между электродами. Обычно продукт предварительно слегка подогревают для получения хорошего контакта с электродами и соответствующего прохождения тока в начальной стадии процесса.

Изменения качества продуктов при размораживании

Качество размороженных пищевых продуктов зависит от их состояния в момент замораживания, а такж еот степени обратимости изменений, происходящих на отдельных стадиях замораживания и хранения в замороженном виде. Теоретически достижение полной обратимости свойств продукта является невозможным, однако степень обратимости должна обеспечивать отсутствие снижения потребительных свойств продукта.

При оптимальных условиях холодильной обработки можно достигнуть такую степень обратимости, при которой неблагоприятные изменения качества незначительны, и размороженный продукт по своим основным свойствам практически не отличается от свежего.

Потери сока продуктов при размораживании. Для пищевых продуктов с тканевой структурой наиболее достоверным показателем обратимости свойств при размораживании является величина потерь сока. Потери сока рассматриваются как внешний признак денатурации белковых веществ. Главным составным компонентом сока является вода, которая не поглощается продуктом при размораживании, или же вода, выделяемая из продукта в результате воздействия сжатия при размораживании. Выделение сока из продуктов может сопровождаться значительными потерями растворимых веществ, витаминов, ферментов, минеральных солей, продуктов распада гликогена, свободных аминокислот, низкомолекулярных пептидов, белков саркоплазмы.

Электрофоретическими исследованиями установлено, что потери отдельных белков зависят от их растворимости, которая увеличивается в начальной фазе хранения замороженного мяса. Через 3 месяца хранения потери отдельных фракций белковых веществ снижаются независимо от увеличения потерь сока.

При свободном и вынужденном выделении сока отсутствуют отличия в количественном содержании белковых веществ и электрофоретических свойствах белков, содержащихся в соке. Выделению тканевых соков сопутствуют ускоренные микробиологические изменения, а также ухудшение внешнего вида и консистенции продуктов.

Плоды. Степень сохранения консистенции и величина потерь сока являются важным качественным показателем размороженных плодов. Качество размороженных плодов зависит от сорта и вида плодов, а также от межсезонного влияния климатических условий. Считается, что в данном случае методы размораживания имеют второстепенное значение. Однако сравнительные исследования по размораживанию клубники показывают, что минимальные потери сока наблюдаются при диэлектрическом размораживании, несколько более высокие -- при размораживании инфракрасным излучением и максимальные--при размораживании в воздухе и в термостате. Кроме этого, потери сока при размораживании клубники с добавкой сахара меньше, чем без добавки. Преимущество диэлектрического размораживания плодов подтверждено также результатами органолептической оценки, а также дальнейшей переработкой готового продукта -- более высоким содержанием неповрежденных плодов, лучшей консистенцией, меньшими потерями витамина С.

Сохранность пищевых продуктов после размораживания является сложной проблемой, которая до сих пор полностью не изучена. Интенсивность качественных изменений в размороженных продуктах зависит прежде всего от динамики ферментативных и микробиальных процессов.

В размороженных продуктах растительного происхождения неоднократно обнаруживали случаи увеличения и снижения ферментативной активности по сравнению со свежими продуктами. Различия ферментативной активности объясняют в соответствии с теорией криолиза Норда разными направлениями явлений агрегации или дезагрегации ферментных систем замороженных пищевых продуктов. В растворах тканевых жидкостей концентрацией ниже 1% преобладают процессы дезагрегации, обусловливающие рост общей поверхности реакции и увеличение активности ферментов. При концентрациях выше 1,5% преобладает агрегация, вызывающая снижение ферментативной активности продуктов после размораживания. Другим возможным механизмом изменений активности после размораживания являются процессы высвобождения из клеточных структур так называемых десмоэнзимов и их переход в лиоэнзимы, обусловливающие увеличение активности.

Влияние размораживания на ферментативную активность размораживаемых продуктов зависит от ряда факторов, в частности от pH, концентрации электролитов и других веществ, растворимых в незамороженной фракции тканевых жидкостей, а также от положения ферментов в тканях, состояния и стабильности ферментов.

Плоды и овощи после размораживания обладают меньшей сохранностью чем продукты животного происхождения, главным образом, в связи с большей их подверженностью плесневению и ферментативным процессам. Учитывая вышеизложенное, необходимо возможно быстро перерабатывать размороженные продукты или направлять их для непосредственного употребления.

Переработка замороженного сырья и полуфабрикатов

Плоды и овощи. Подготовка замороженных растительных полуфабрикатов для дальнейшей переработки, а также процесс переработки не связаны с существенными трудностями. Некоторые плоды направляют на переработку в замороженном виде, другие требуют предварительного размораживания.

Процесс размораживания осуществляют простым и дешевым методом поверхностного нагрева в неконтролируемых температурных условиях заводских помещений, которые после завершения сезона массовой переработки полностью не используются непосредственно для производственных целей.

Относительно низкими температурами окружающей среды, при которых производят размораживание продуктов этим методом, обусловлены значительные продолжительность процесса и площади. При размораживании крупных блоков рекомендуется делить их на части для сокращения процесса и ограничения нежелательных изменений качества в поверхностных слоях.

Замороженные плоды используют в основном в качестве полуфабрикатов при производстве джемов, соков, компотов. Особенно рекомендуют замороженное сырье при производстве соков, так как структурные изменения тканей при замораживании значительно ускоряют процесс производства и увеличивают выход.

В промышленности применяют специальные устройства для размораживания блоков замороженного пюре. Блоки размораживают подогретым паром. Установка производительностью около 1 т/ч состоит из цилиндра и вращающейся внутри тарелки из нержавеющей стали, которая растирает блок продукта снизу. Сверху блок поддерживается держателями. Отделяемые частицы попадают в верхнюю часть сборника и размораживаются. К нижней части сборника через фильтрующую сетку подсоединена система откачки, которая питает протертой массой технологическую линию или накопительный сборник.

Расчет продолжительности замораживания пищевых продуктов

Для расчета продолжительности замораживания чаще всего используют формулу Планка. Как фундаментальная формула она включена в рекомендации Международного института холода. При выводе формулы Планка полагают:

1. Теплоемкость замороженной части тела равна нулю;

2. Льдообразование в теле происходит без переохлаждения при криоскопической температуре;

3. Теплофизические свойства замороженной части не зависят от температуры (коэффициент теплопроводности и удельная теплоемкость);

4. Тело перед началом замораживания охлаждено до криоскопической температуры;

5. Тело однородно, плотность его при замораживании не меняется.

В условиях выполнимости всех перечисленных планковских допущений для времени замораживания допускается следующее выражение:

где t_кр - криоскопическая температура, °С;

t_хл - температура окружающего тела хладоносителя, °С;

q = 3,3Ч10⁵ Дж/кг - удельная теплота кристаллизации воды;

w - влажность тела, кг влагт/кг;

с - плотность тела, кг/м³;

R - характерный размер тела, м;

л - теплопроводность замороженной части тела, Вт/(мЧК);

б - коэффициент теплоотдачи с поверхности тела, Вт/(м²ЧК);

Ф - коэффициент формы тела

Из таблицы согласно индивидуальным вариантам рассчитать продолжительность замораживания пищевых продуктов.

Размещено на Allbest.ru