Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Московский государственный университет технологий и управления имени К.Г. Разумовского»

Филиал ФГБОУ ВПО «МГУТУ имени К.Г. Разумовского» в г. Мелеузе (Республика Башкортостан)

Контрольная работа

по дисциплине: «Холодильная техника и технология»

Выполнил:

Студент 3 курса

Финагин М.С.

Шифр: 017764

Направление подготовки: ТиОРС 260800(1)

2015



Содержание

1. Построение и расчет холодильного цикла по заданным условиям

2. Переохлаждение и замерзание влаги в пищевых продуктах

2.1 Распределение влаги в продуктах и формы ее связи

2.2 Переохлаждение и кристаллизация влаги

2.3 Количество вымороженной воды

2.4 Связанная вода в пищевых продуктах

Список литературы



1. Построение и расчет холодильного цикла по заданным условиям

При выполнении данного раздела следует:

1. выбрать исходные данные;

2. по заданным величинам определить температурный режим и изобразить цикл холодильной машины в тепловой диаграмме i = lg P;

3. выполнить расчёт основных характеристик цикла.

Решение:

Температура кипения [tо] холодильного агента определяется в зависимости от температуры воздуха в охлаждаемой камере. При непосредственном охлаждении

tо = tкам - (Дt), °C ,

где tкам - температура воздуха в камере, °C;

Дt = 7…10°C - перепад температур между воздухом в камере и кипящего холодильного агента, °C.

tо = -3- (10)= -13 °C ,

Температура конденсации [tк] определяется в зависимости от температуры теплоотводящей среды. При охлаждении конденсатора водой

tк = tвд1 + Дtк , °C,

где tвд1 - температура воды на входе в конденсатор, °C;

Дtк = 6…10°C - перепад температур между входящей в аппарат водой и конденсирующимся холодильным агентом.

tк = tвд1 + Дtк= 22+8= 30°C

Температура всасывания [tвс] зависит от условий работы компрессора. Она равна:

tвс= t0 + Дtпер, °C ,

где Дtпер - нагрев пара холодильного агента перед сжатием в компрессоре:

- для аммиачных машин берётся равным 5 15 °C;

- для фреоновых 10 40 °C .

В нашем случае нужно брать Дt = 0 °C .

tвс= -13+10= -3 °C

Температура жидкого холодильного агента перед дроссельным вентилем [tп] зависит

tвс= t0 + Дtпер, °C ,

где Дtпер - нагрев пара холодильного агента перед сжатием в компрессоре:

- для аммиачных машин берётся равным 5 ?15 °C;

- для фреоновых 10 40 °C .

В нашем случае нужно брать Дt = 0 °C .

tвс= t0 + Дtпер= -13+ 10= -3 °C

Температура жидкого холодильного агента перед дроссельным вентилем [tп] зависит от наличия в холодильной машине переохладителя или регенеративного теплообменника. В контрольной работе не учитывается наличие переохлаждения, поэтому жидкий холодильный агент поступает в дроссельный вентиль с температурой конденсации tк.

tп= tк = 30°C

№ точек	Температура t, °C	Давление, МПА	Энтальпия i, кДж/кг
1	-13	0,314	400
2	30	1,192	414
2''	30	1,192	409
3	30	1,192	237
4	-13	0,314	237

По данным таблицы определяются:

1. Удельная массовая холодопроизводительность:

q0 = i1 - i4 , кДж/кг.

q0= 400-237=163 кДж/кг.

2. Удельная работа сжатия холодильного агента в компрессоре:

l = i2 - i1 , кДж/кг.

l= 414-400=14 кДж/кг.

3. Удельная теплота, отводимая от холодильного агента в конденсаторе:

qк = i2'' - i3', кДж/кг.

qк= 409-237=172 кДж/кг

4. Уравнение теплового баланса:

qк = q0 + l , кДж/кг.

qк= 163+14=177 кДж/кг.

5. Холодильный коэффициент теоретического цикла:

е = qо / l ,

??=163/14=11,64

6. Массовая производительность компрессора, то есть масса холодильного агента, циркуляцию которого обеспечивает компрессор за 1 секунду:

Mа = Q0 / q0, кг/с.

Mа=70/163=0,43 кг/с.

7. Удельная объёмная холодопроизводительность компрессора:

qv = q0 / v1 , кДж/мі.

qv=163/0,08=2037,5 кДж/мі.

8. Действительная объёмная производительность компрессора, то есть объём паров, отбираемых компрессором из испарителя:

Vд = Mа V1 = Q0 / qv , мі/с.

Vд= 70/2037,5=0,0344 мі/с.

9. Объём, описанный поршнями компрессора:

Vh = Vд / л , кг/с,

Vh =0,0344/0,774=0,044 кг/с,

где л - коэффициент подачи компрессора (объёмные потери в компрессоре), зависит от режима работы, вида холодильного агента, конструкции компрессора и рассчитывается:

л = лi лw.

л= 0,902*0,858=0,774

Здесь лi - объёмный индикаторный коэффициент, учитывающий объёмные потери в компрессоре из-за наличия мёртвого пространства и сопротивления в клапанах:

лi = 1 - с ( Pк / P0 - 1 ),

лi=1- 0,035(1,192/0,314-1)=0,902

где с - относительное мёртвое пространство в компрессоре:

- для аммиачных с = 0,04…0,05;

- для фреоновых с = 0,03…0,04.

лw - коэффициент подогрева, учитывающий объёмные потери от нагрева холодильного агента в цилиндре компрессора.

лw = T0 / Tк = (273 + t0) / (273 + tк ).

лw =(273-13)/(273+30)=0,858

10. Теоретическая мощность, затрачиваемая компрессором на адиабатическое сжатие холодильного агента:

Nт =Mа l, кВт.

Nт =0,43*14=6,02 кВт

11. Индикаторная мощность, затрачиваемая в действительном рабочем процессе на сжатие холодильного агента в цилиндре компрессора:

Ni = NТ / зi , кВт ,

Ni =6,02/1,508=3,99 кВт

где зi - индикаторный КПД, учитывающий энергетические потери от теплообмена в цилиндре и от сопротивления в клапанах при всасывании и нагнетании:

зi = лw + b tо,

- для аммиака b = 0,001;

- для фреона b = 0,0025.

зi =0,858+0,0025*260=1,508

12. Эффективная мощность - мощность на валу компрессора с учётом механических потерь (трение и т.д.):

Ne = Ni / змех , кВт,

где змех = 0,7…0,9 - механический КПД.

Ne=3,99/0,8=4,99 кВт

13. Мощность на валу электродвигателя:

Nэл = Ne / зэл , кВт,

Nэл =4,99/0,85=5,87 кВт

где зэл = 0,8…0,9 - коэффициент полезного действия (КПД) электродвигателя.



2. Переохлаждение и замерзание влаги в пищевых продуктах

2.1 Распределение влаги в продуктах и формы ее связи

Вода - основной компонент сырья и готовых пищевых продуктов. Содержание воды колеблется в широких пределах: в растительных продуктах - от 80 % для груш до 95 % для помидоров и огурцов; в животных продуктах - от 50 % для жирной свинины до 78 % для говядины. Наличие в пищевых продуктах большого количества влаги влияет на теплофизические процессы при холодильной обработке и хранении продуктов, что обусловлено особенностями ее распределения и связи с другими компонентами продукта, большой ее теплоемкостью и теплотой фазового перехода при кристаллизации и испарении.

Превращение воды в лед при замораживании сопровождается миграцией влаги и изменениями теплофизических и механических свойств продуктов. Испарение влаги с поверхности продуктов при холодильной обработке и хранении приводит к потере массы и ухудшению качества продукта. Изменение фазового состояния воды - главный фактор, обусловливающий торможение нежелательных диффузионных, химических, биохимических и микробиологических процессов в пищевых продуктах при их замораживании. Поэтому значительное влияние влаги на ход теплофизических процессов при холодильной обработке и хранении приводит к необходимости рассмотрения поведения воды в пищевых продуктах при холодильном консервировании.

Воду в пищевых продуктах можно представить как непрерывную фазу, в которой другие составляющие распределены в виде истинных и коллоидных растворов, а также в виде эмульсий.

Содержащиеся в воде пищевых продуктов сахар, соли и кислоты образуют в основном истинные растворы; коллоидные растворы образуются при растворении высокомолекулярных соединений. При диспергировании в воде соединений низкой растворимости образуются эмульсии.

Состояние воды уникально обилием аномалий, отличающих ее поведение от других жидкостей. К числу таких аномалий относятся увеличение объема воды при температуре, близкой к температуре замерзания, понижение температуры замерзания с увеличением внешнего давления, максимальная плотность при температуре 3,98 °С, минимальная теплоемкость при этой же температуре и большая ее величина по сравнению с теплоемкостью других жидкостей.

Эти и многие другие специфические свойства воды можно объяснить особым расположением ее молекул, изменяющимся под влиянием различных воздействий.

Согласно современным физическим теориям молекулы воды представляют собой равнобедренный треугольник с атомом кислорода в вершине или, точнее, тетраэдр с центрально расположенным ионом кислорода. Электрические заряды расположены по тетраэдрической схеме. Это позволяет молекулам воды объединяться в агрегатные структуры, подобные структурам льда, создавая своеобразный каркас со множеством пустот. Наибольшее признание получила двух структурная модель, согласно которой вода представляет собой определенную систему, включающую одновременно два вида структур льда:

1) ажурную и 2) с нарушенными водородными связями.

Согласно этим представлениям ближнее упорядоченное расположение молекул в воде может быть охарактеризовано как структура льда, размытая вследствие теплового движения. Заполнение полостей этой структуры свободными диполями воды начинается с таяния льда. С повышением температуры доля заполненных полостей ледяной структуры увеличивается, с понижением температуры увеличиваются упорядоченность и взаимная ориентация отдельных молекул воды, и строение воды становится все более сходным со строением льда, особенно в области температуры, близкой к температуре начала замерзания воды.

Таким образом, при понижении температуры воды идет подготовка к ее кристаллизации.

Пространственное, или стереометрическое распределение влаги в продуктах зависит от вида и состояния продукта.

В продуктах, не имеющих отчетливо выраженного тканевого строения, вода распределена микроскопически однородно. В сливочном масле и маргарине влага включена в жировую массу в виде мелких капелек и капиллярных заполнений.

В тканях продуктов животного происхождения, например, в мышечной ткани, влага неравномерно распределена в волокнах, между волокнами и в пространствах между пучками волокон. Обычно между пучками волокон заключено большее количество воды, нежели между отдельными волокнами. Это относится и к растительным тканям, для которых типична клеточная структура, не всегда формирующая волокна.

Пищевые продукты следует рассматривать как полидисперсные системы, в которых чаще всего вода является дисперсионной средой, а дисперсная фаза включает в себя большое количество органических и неорганических веществ с различной степенью дисперсионности частиц, условный радиус которых лежит в диапазоне от 10-9 до 10-7 м.

В пищевых продуктах вода содержится в виде растворов. Содержание в воде веществ, образующих с ней истинный раствор, обусловливает изменение ее характерных свойств: снижение температуры начала замерзания, повышение температуры кипения и снижение давления водяного пара над раствором.

В зависимости от состава криоскопическая температура колеблется от минус 0,5 до минус 3,5 °С и может быть еще ниже.

В разных частях пищевого продукта состав водного раствора может быть различен. Концентрация его внутри клеток несколько выше, чем во внеклеточном пространстве. По этой причине криоскопическая температура тканевого сока внутри клеток на 0,2...0,4 °С ниже, чем в межклеточном пространстве. Такое же различие отмечается в волокнах и межволоконном пространстве мышечной ткани.

Белки и полисахариды с большой молекулярной массой образуют водные растворы, в которых происходит гидратация молекул фазы, и часть воды постоянно связана в структуре белков и полисахаридов. Поэтому на свойства раствора влияет не только содержание в нем посторонних веществ, но и характер связи растворенных веществ с водой, формы которой могут быть различными.

Таким образом, наиболее совершенной признана классификация Ребиндера. Она построена на приближенной оценке энергии связи с материалом. Каждая форма связи характеризуется ее природой, условиями образования и нарушения. Наиболее важное значение приобретает величина энергии связи для фазового превращения, т.е. для перевода воды в продукте в иное агрегатное состояние.

Согласно этой теории связь воды в пищевых продуктах подразделена на три группы: химическую, физико-химическую и механическую.

Наиболее прочна химическая связь влаги в химических соединениях и в кристаллогидратах. Эта связь осуществляется в строго определенных соотношениях, нарушается с большим трудом и влияет на химическую природу вещества. При нарушении такой связи наблюдаются значительные изменения вещества. Понижение температуры не нарушает химической связи влаги в пищевых продуктах.

Менее прочна физико-химическая связь влаги, которая удерживается путем адсорбции под действием осмотических сил и в структурах гелей. Эта связь не обусловлена постоянным соотношением воды с другими компонентами вещества. Некоторое количество физико-химической связанной воды удаляется из пищевых продуктов без энергичных воздействий. Полностью же удалить такую влагу трудно.

Еще менее прочна механическая связь влаги, удерживаемой материалом в неопределенном количестве. Механически связанную с материалом воду подразделяют на воду, находящуюся в макрокапиллярах, диаметр которых более 10-7 м, и частично на воду, находящуюся в микрокапиллярах диаметром менее 10-7 м, и воду смачивания, находящуюся на поверхности материала. Влага смачивания и влага незамкнутых макрокапилляров свободно испаряется, не вызывая повреждений материала. Влага микрокапилляров удерживается материалом несколько сильнее, но и она может испаряться. Однако очень тонкий слой воды связан адсорбционно и, как было указано ранее, удаляется гораздо труднее, чем основная масса механически связанной воды. Связанная вода по термодинамическим свойствам отличается от свободной и характеризуется упорядоченным расположением молекул. Удельная проводимость связанной воды практически равна нулю, а плотность достигает 1,74•103 кг/м3.

По величине энергии формы связанной воды можно расположить в следующей последовательности: химически связанная вода; адсорбционно-связанная вода; капиллярно-связанная вода; осмотически связанная вода.

Наибольший интерес для холодильной технологии представляет адсорбционно-связанная вода в пищевых продуктах.

Белки животной ткани и капиллярно-пористая структура растительной ткани имеют развитую поверхность, обладающую значительной поверхностной энергией. В результате адсорбции на активных участках поверхности образуется мономолекулярный слой. При адсорбции молекулы воды пространственно ориентируются, в результате этого поверхность первого слоя может сорбировать второй и т.д., но уже менее прочно связанный, чем первый. Эта часть адсорбционно-связанной воды в пищевых продуктах не вымерзает даже при очень низких отрицательных температурах

2.2 Переохлаждение и кристаллизация влаги

Движение молекул и ионов жидкости представляет собой сочетание колебательного и вращательного движения их около некоторых условных центров и одновременно хаотическое трансляционное перемещение этих центров. Понижение температуры жидкости приводит к замедлению движения частиц, причем у одних жидкостей сокращается преимущественно энергия трансляционного перемещения центров колебательного и вращательного движения, у других - энергия колебательного и вращательного движения.

Жидкости первого рода с понижением температуры «сгущаются» и, в конечном счете, образуют твердую аморфную структуру. Подобные вещества рассматриваются как переохлажденные жидкости, несмотря на их большую хрупкость и отсутствие текучести. Типичным примером такого образования может служить затвердение стекол, не имеющих кристаллической структуры.

У жидкостей второго рода, к которым принадлежит вода, переход в твердое состояние происходит путем кристаллизации.

При отводе теплоты от жидкости температура ее понижается, при этом уменьшаются энергия и интенсивность движения частиц и увеличивается их взаимная ориентация. Кристаллизация воды возможна лишь в том случае, когда образуется некоторое количество правильно ориентированных частиц, которые затем служат центрами этого процесса. Образованию центров кристаллизации в определенной мере способствует наличие в жидкости посторонних примесей. При этом образование и рост кристаллов возможны только при условии, когда разбрасывающее действие теплового движения будет меньше энергии ориентации частиц.

Выделение теплоты кристаллизации - результат изменения общей внутренней энергии вещества вследствие сокращения движения молекул воды, а освободившаяся при этом энергия выделяется в виде теплоты фазового превращения, обычно называемой скрытой теплотой льдообразования. Обратная картина наблюдается при плавлении кристаллов льда.

При малой величине ориентирующих сил можно достигнуть температуры жидкости ниже криоскопической без образования кристаллов льда. Такое состояние, т.е. охлаждение раствора до температуры ниже точки замерзания, называется переохлаждением. Типичный график, показывающий температуру переохлаждения жидкости tпер.

Граница перехода из одного агрегатного состояния в другое, т.е. глубина переохлаждения зависит не только от концентрации раствора и свойств его отдельных компонентов, но и от воздействия дополнительных факторов.

В некоторых случаях могут быть достигнуты достаточно низкие температуры переохлаждения.

Однако в обычных условиях температура переохлаждения пищевых продуктов значительно выше. Так, для мяса граница переохлаждения не превышает минус 5 °С, для куриных яиц минус 11 °С.

Явление переохлаждения воды было впервые отмечено Фаренгейтом в 1724г. В области холодильной технологии переохлаждение воды изучали с целью выяснения влияния этого явления при холодильной обработке и хранении таких продуктов, как мясо, рыба, куриное яйцо, яблоки и др.

Достаточно глубокие экспериментальные исследования переохлаждения были проделаны с водой, раствором хлорида натрия, гелем агара, яичным белком и др.

Воду и растворы переохлаждали в одном и том же сосуде различной формы и объемов при различной температуре охлаждающей среды и различных коэффициентах теплоотдачи - от 4,65 до 2326 Вт/. Температуру переохлаждения tпер измеряли в средней части сосуда и фиксировали в момент начала температурного скачка.

Рассмотрим отдельно три части графика. Первая часть графика характерна выравниванием температуры объекта и охлаждающей среды в конце опыта, т.е. t0 = tпер и Дt = 0. В этом случае жидкость могла находиться в переохлажденном состоянии довольно продолжительное время, пока не образовывался устойчивый центр кристаллизации. Так, дистиллированная вода в переохлажденном состоянии до минус 4 °С находилась в течении 5-ти суток.

Вторая часть графика характерна тем, что температура переохлаждения выше температуры охлаждающей среды, т.е. tпер > t0 и Д t? 0. Причем чем ниже температура среды, тем выше температура переохлаждения в момент температурного скачка, тем больше Дt.

Температура переохлаждения на границе первой и второй частей графика была названа предельной, т.е. самой низкой температурой переохлаждения.

Третья часть графика характерна равенством абсциссы и ординаты любой точки линии. В этом случае вода замерзает без переохлаждения ее в центральной части сосуда. Это объясняется тем, что при очень низких температурах охлаждающей среды в периферийной части сосуда достигается достаточное переохлаждение и начинается кристаллизация прежде, чем центральная часть сосуда охладилась до криоскопической температуры, т.е. tпер = 0 и Дt = t0.

Кристаллизация начинается в той области, где прежде всего достигается предельная температура переохлаждения. Многим пищевым продуктам присуща неоднородность их внутреннего строения и распределения влаги. Например, в периферийных слоях яблок клетки мельче, чем в глубоких. Благодаря этому кристаллизация может начаться в толще яблока, распространяясь затем по всему объему.

В пищевых продуктах влага распределена как в разобщенных клетках, так и в сообщающихся межклеточных пространствах капиллярного характера. Так, в сливочном масле влага, заключенная в очень малых капиллярных объемах, сохраняет капельно-жидкое состояние при достаточно низких отрицательных температурах.

Экспериментально установлено, что вода в макроскопических объемах может переохлаждаться до минус 30 °С, а в микрокапиллярах до минус 72 °С. Это связано с особенностями строения жидкости, прилегающей к границе с инородным телом. Для наглядности рассмотрим условия кристаллизации воды при охлаждении ее в некапиллярной трубке радиусом R и капиллярной трубке радиусом r, причем R>>r.

Рассмотрим структуру поверхностного слоя воды на границе раздела «стенка сосуда-вода». За счет поверхностной энергии мономолекулярный пограничный слой фиксирован на поверхности сосуда наиболее прочно и обладает наибольшей устойчивостью.

По мере удаления последующих слоев от поверхности порядок их расположения все более нарушается, а прочность удержания ослабляется. На некотором расстоянии от поверхности влияние указанных факторов на молекулы воды полностью исчезает. Поэтому можно говорить об анизотропии поверхностного слоя в отличие от изотропии внутреннего объема жидкости. холодильный компрессор замерзание

Для образования кристаллов льда необходимо соблюдение двух условий:

1) энергия молекул воды должна быть минимальной,

2) молекулы расположены в определенном порядке.

Молекулы воды в мономолекулярном слое упорядочено расположены и прочно зафиксированы, в то же время в глубине жидкости они имеют большую кинетическую энергию неупорядоченного движения. Поэтому наиболее энергетически слабое место для образования кристаллов льда должно находиться недалеко от поверхности сосуда, где подвижность молекул наименьшая, а расположение их наиболее упорядоченное. Благодаря тому что анизотропный слой у капиллярных трубок занимает весь объем, местом зарождения кристаллов может быть любая точка, расположенная на ее осевой линии. Чем меньше диаметр капилляра, тем ниже температура переохлаждения. У некапиллярных трубок, благодаря полноте анизотропного поверхностного слоя и наличию изотропной области, место вероятного зарождения кристаллов смещается от осевой линии к периферии и закономерная связь между диаметром трубки и предельной температурой переохлаждения перестает существовать.

Хранение продуктов в переохлажденном состоянии, несомненно, имеет ряд преимуществ. Однако ряд факторов стимулирует кристаллизацию и нарушает состояние переохлажденной жидкости: внесение кристалла-затравки; сотрясение; перемешивание; наличие твердых острых углов и ребер, соприкасающихся с переохлажденной жидкостью.

В производственных условиях состояние переохлаждения может быть нарушено попаданием на поверхность продукта кристаллов из холодного воздуха или при использовании низкой температуры теплоотводящей среды. Наличие сохраняющих оболочек позволяет избежать замерзания при хранении в переохлажденном состоянии таких продуктов, как куриное яйцо и баночные консервы.

2.3 Количество вымороженной воды

В пищевых продуктах образование льда начинается при температурах ниже температуры замерзания их растворов tкр, величины которых для одного вида продукта меняются в широких пределах.

Количество вымороженной воды щ представляют как долю от общей массы ее в продукте. Так как в воде пищевых продуктов растворены различные минеральные и органические вещества, то понижение температуры при определенных условиях сопровождается изменением концентрации раствора.

Если начальная концентрация раствора Скр, соответствующая начальной tкр, меньше эвтектической Сэ, то отвод теплоты вызывает понижение температуры раствора, образование чистого льда и увеличение концентрации остаточного незамерзшего раствора, пока не будут достигнуты эвтектическая температура tэ и соответствующая ей концентрация Сэ. При этой температуре и концентрации эвтектический раствор отвердевает изотермически без разделения растворителя и растворенного вещества.

Таким образом, из представленной диаграммы видно, что процесс льдообразования в пищевых продуктах с понижением температуры можно представить как плавный непрерывный процесс повышения концентрации остаточного незамороженного раствора и понижения его температуры замерзания.

Если начальная концентрация раствора больше эвтектической, что в натуральных пищевых продуктах не встречается, то отвод теплоты и понижение температуры вызывают кристаллизацию растворенного вещества и уменьшение концентрации раствора, пока не будет достигнута эвтектическая точка.

В поле диаграммы отдельные области соответствуют соотношению компонентов системы и ее температуры: I - раствор, II - чистый лед, III - растворенное вещество.

Эвтектическая температура для большинства пищевых продуктов составляет от минус 55 до минус 65 °С.

Процесс замораживания тканей - это прежде всего замерзание тканевой жидкости, т.е. раствора небольшой концентрации. Поскольку в воде продукта растворены минеральные и органические вещества, фазовое превращение начинается при отводе теплоты в момент нарушения состояния переохлаждения. При этом понижение температуры сопровождается соответствующим изменением концентрации жидкого раствора.

Криоскопическая температура - температура начала льдообразования. Она зависит от концентрации раствора, степени диссоциации растворенных веществ и свойств растворения. Для продуктов животного происхождения она ниже 0°С: мясного сока -1...-1,5°С, крови -0,55...-0,56°С, яичного белка -0,45 °С, яичного желтка -0,65 °С.

При замораживании разбавленных растворов вначале вымерзает чистая вода.

Количество воды в мясе убойных животных составляет 53-75%, а в рыбе - 55-80%. Пo существующей классификации в пищевых продуктах различают связанную (гидратационную) и свободную воду. Содержание связанной воды почти постоянно и составляет около 10% ее общего количества в продукте. Дипольные частицы воды посредством адсорбции прочно связаны c ионами и полимерными группами белков. При замораживании продуктов связанная вода не участвует в фазовых превращениях.

Свободная вода находится в межклеточном пространстве продукта и является растворителем минеральных веществ. При температуре ниже кpиоскопической она превращается в лед. Пo мере вымораживания свободной воды увеличивается концентрация солей в незамерзшем межклеточном растворе, что приводит к смещению криоскопической температуры в область более низких температур. При этом вымораживание воды происходит постепенно, с повышением концентрации оставшегося раствора. При достижении концентрации, определенной для данного раствора (тканевого сока), он застывает в сплошную твердую массу, называемую эвтектикой; температура ее образования называется эвтектической.

В холодильной технологии воду, перешедшую в твердое состояние, принято называть вымороженной.

Количество вымороженной воды ? определяется отношением влаги, превращенной в лед, к общему ее количеству:

G_л/(G_л + G_в),

где G_л, G_в - количество соответственно льда и влаги при данной температуре, доли единицы.

Количество вымороженной воды можно найти и по другой формуле:

1 - t_кр/t,

где t_кр - криоскопическая температура, т.е. температура начала замерзания тканевого сока, °С; t - температура, для которой вычисляется количество вымороженной воды.

Наибольшее количество влаги во влагосодержащих продуктах (мясо, рыба, овощи и фрукты) вымерзают в узком интервале температур -2,5…-0,5°С. Понижение температуры продуктов ниже этого уровня приводит к вымерзанию 60-75% влаги. В продуктах, в которых влаги мало или она связана, например в бананах, влага вымерзает в широком интервале температур. Считается, что полное вымораживание свободной воды продовольственных продуктов происходит при снижении их температуры до -30°С.

Т.о., количество вымороженной воды зависит только от свойств продукта и температуры, до которой заморожен продукт, и не зависит от интенсивности теплоотвода.

2.4 Связанная вода в пищевых продуктах

Вода в пищевых продуктах играет важную роль, так как обусловливает консистенцию и структуру продукта, а ее взаимодействие с присутствующими компонентами определяет устойчивость продукта при хранении.

Общая влажность продукта указывает на количество влаги в нем, но не характеризует ее причастность к химическим, биохимическим и микробиологическим изменениям в продукте. В обеспечении его устойчивости при хранении важную роль играет соотношение свободной и связанной влаги.

Связанная влага - это ассоциированная вода, прочно связанная с различными компонентами - белками, липидами и углеводами за счет химических и физических связей.

Свободная влага - это влага, не связанная полимером и доступная для протекания биохимических, химических и микробиологических реакций.

Большая часть воды в продукте может быть превращена в лед при -5°С, а вся - при -50°С и ниже. Однако определенная доля прочно связанной влаги не замерзает даже при температуре -60°С.

Большинство исследователей склоняются к следующему определению связанной влаги: связанная влага - это вода, которая существует вблизи растворенного вещества и других неводных компонентов, имеет уменьшенную молекулярную подвижность и другие свойства, отличающиеся от свойств всей массы воды в той же системе, и не замерзает при -40°С. Такое определение объясняет физическую сущность связанной воды и обеспечивает возможность сравнительно точной ее количественной оценки, так как вода, незамерзающая при -40°С, может быть измерена с удовлетворительным результатом (например, методом ПМР или калориметрически).

Причины связывания влаги в сложных системах различны. Наиболее прочно связанной является так называемая органически связанная вода. Она представляет собой очень малую часть воды в высоковлажных пищевых продуктах и находится, например, в щелевых областях белка или в составе химических гидратов. Другой весьма прочно связанной водой является близлежащая влага, представляющая собой монослой при большинстве гидрофильных групп неводного компонента. Вода, ассоциированная таким образом с ионами и ионными группами, является наиболее прочно связанным типом близлежащей воды. К монослою примыкает мультислойная вода (вода полимолекулярной адсорбции), образующая несколько слоев за близлежащей водой. Хотя мультислой - это менее прочно связанная влага, чем близлежащая влага, она все же еще достаточно тесно связана с неводным компонентом, и потому ее свойства существенно отличаются от чистой воды. Таким образом, связанная влага состоит из «органической», близлежащей и почти всей воды мультислоя.

Кроме того, небольшие количества воды в некоторых клеточных системах могут иметь уменьшенные подвижность и давление пара из-за нахождения воды в капиллярах. Уменьшение давления пара и активности воды (аw) становится существенным, когда капилляры имеют диаметр меньше, чем 0,1 µм. Большинство же пищевых продуктов имеют капилляры диаметром от 10 до 100 µм, которые, по-видимому, не могут заметно влиять на уменьшение аw в пищевых продуктах.

В пищевых продуктах имеется также вода, удерживаемая макромолекулярной матрицей. Например, гели пектина и крахмала, растительные и животные ткани при небольшом количестве органического материала могут физически удерживать большие количества воды.

Хотя структура этой воды в клетках и макромолекулярной матрице точно не установлена, ее поведение в пищевых системах и важность для качества пищи очевидна. Эта вода не выделяется из пищевого продукта даже при большом механическом усилии. С другой стороны, в технологических процессах обработки она ведет себя почти как чистая вода. Ее, например, можно удалить при высушивании или превратить в лед при замораживании. Таки образом, свойства этой воды, как свободной, несколько ограничены, но ее молекулы ведут себя подобно водным молекулам в разбавленных солевых растворах.

Именно эта вода составляет главную часть воды в клетках и гелях, и изменение ее количества существенно влияет на качество пищевых продуктов. Например, хранение гелей часто приводит к потере их качества из-за потери этой воды (так называемого синерезиса). Консервирование замораживанием тканей часто приводит к нежелательному уменьшению способности к удерживанию воды в процессе оттаивания.



Список литературы

1. Большаков С. А. Холодильная техника и технология продуктов питания: Учебник для студ. высш. учеб. заведений -- М.: Издательский центр «Академия», 2003.

2. Воробьева Н.Н. Холодильная техника и технология. Методические указания к выполнению расчетно-графической работы по курсу «Холодильная техника и технология» для студентов специальности 271200 «Технология продуктов общественного питания». - Кемерово, 2002.

3. Новикова М.А., Новиков В.И. Холодильная техника и технология. Учебно-практическое пособие. - М.: МГУТУ. - 2004.

4. Новиков В.И., Новикова М.А. Холодильная техника и технология. Лабораторный практикум. - М.: МГУТУ. - 2007.

5. Новиков В.И., Новикова М.А. Холодильная техника и технология. Рабочая программа, методические указания и задание на контрольную работу. - М.: МГУТУ. - 2007

6. Стрингер М., Дежис К. Охлажденные и замороженные продукты. Пер. с англ./ под ред. Н.А. Уваровой. - Спб.: профессия. - 2004

7. Холодильная техника и технология. Учебник/ под ред. Руцкого А.В.- М: Инфра. - 2004

8. Шавра В.М. Основы холодильной техники и технологии (для учащихся и практических работников). - М: ДеЛи принт. - 2004.

Размещено на Allbest.ru

...