Процессы кристаллизации

Размещено на http://www.allbest.ru/

Процессы кристаллизации

Кристаллизация -- один из распространенных и наиболее эффективных методов получения вещества в чистом виде.

Кристаллизацией называют процесс выделения твердой фазы в виде кристаллов из растворов и расплавов. Кристаллы представляют собой твердые тела различной геометрической формы, ограниченные плоскими гранями. Кристаллы, содержащие молекулы воды, называют кристаллогидратами.

В пищевой технологии выделение твердой фазы из растворов или расплавов в виде кристаллического продукта является завершающей стадией технологического процесса получения сахарозы, глюкозы, соли и других кристаллических продуктов.

Кристаллизацию, как правило, проводят из водных растворов. При понижении температуры или удалении части растворителя уменьшается растворимость твердого вещества. Раствор становится пересыщенным, и твердое вещество выпадает из раствора в осадок.

Производственный технологический процесс, кристаллизации состоит из нескольких стадий: кристаллизация, отделение кристаллов от маточных растворов, перекристаллизация (если требуется), промывка и сушка кристаллов.

Методы кристаллизации

Процесс кристаллизации можно проводить периодически или непрерывно. Периодическую кристаллизацию применяют в малотоннажных производствах. В крупнотоннажных производствах, например в сахарной промышленности, процессы кристаллизации организованы по непрерывной схеме.

В пищевой промышленности используют следующие методы кристаллизации: с частичной отгонкой воды, с охлаждением или нагреванием исходного раствора, комбинированно.

Кристаллизация с частичной отгонкой воды осуществляется в вакуум-аппаратах. Отгонка воды происходит путем ее испарения. В тех же вакуум-аппаратах проводят кристаллизацию раствора.

На сахаропесочных и рафинадных заводах сахарные сиропы поступают на уваривание (концентрирование) в вакуум-аппараты с целью кристаллизации сахара из пересыщенного раствора. Полученный после уваривания продукт называется утфелем.

Недостаток этого метода кристаллизации -- отложение кристаллов на поверхностях теплопередачи вакуум-аппаратов. Выпадение кристаллов на трубах и стенках аппаратов затрудняет их выгрузку.

Кристаллизация с охлаждением растворов водой или воздухом позволяет получить пересыщенные растворы.

Движущей силой кристаллизации является разность концентраций веществ. В пищевых производствах преобладают периодические методы кристаллизации.

Простейшими аппаратами для кристаллизации являются ящичные кристаллизаторы. Они представляют собой открытые прямоугольные ящики, в которых подвешиваются ленты или нити. Кристаллизация происходит путем естественного охлаждения раствора и испарения частиц растворителя в воздухе. Основная масса чистых кристаллов осаждается на поверхности лент или нитей и удаляется вручную. Примеси осаждаются на дне ящиков и удаляются вместе с маточником.

Такие кристаллизаторы периодического действия громоздки, требуют применения ручного труда.

Рис. 4. Схема кристаллизатора: 1 -- раствор; 2 -- кристалл; 3 -- печь; 4 -- термостат; 5 -- мешалка; 6 -- контактный термометр; 7 -- терморегулятор.

В современных кристаллизаторах используют водяное или воздушное охлаждение либо ведут кристаллизацию в вакууме. Существуют следующие кристаллизаторы с охлаждением раствора: качающийся, с ленточной мешалкой, барабанный. Качающийся кристаллизатор представляет собой длинное, неглубокое корыто, установленное с некоторым наклоном по оси.

Привод сообщает ему медленные маятниковые движения. Горячий раствор подается в верхнюю часть корыта, течет по нему вниз, медленно охлаждаясь воздухом. Это позволяет образовывать крупные кристаллы, которые затем отделяются от маточного раствора на центрифугах или фильтрованием и поступают на сушку. Недостатками качающихся кристаллизаторов являются небольшая производительность и загрязнение атмосферы парами.

Кристаллизаторы с ленточной мешалкой могут быть открытыми или с крышками. В них охлаждающим агентом является вода, подающаяся противотоком с раствором, подлежащим кристаллизации. Раствор и охлаждающая вода обеспечивают примерно по всей длине аппарата одинаковую разность температур.

Замораживание пищевых продуктов

Замораживание пищевых продуктов, способ консервирования продуктов, заключающийся в понижении температуры замораживаемого продукта ниже точки замерзания его соков. Эта т. н. криоскопическая точка зависит от концентрации растворимых веществ в клеточном соке и составляет в среднем: для мяса от --0,6 до 1,2°С; молока -- 0,55°С: яиц --0,5°С; рыбы от --0,6° до --2°С и т.д. При дальнейшем охлаждении температуру понижают от --18 до--25°С; в некоторых случаях до --50, --60°С и ниже. При этом почти вся вода в продуктах замерзает, практически полностью прекращаются жизнедеятельность микрофлоры и активность ферментов, вследствие чего продукты приобретают способность к длительному сохранению их исходного качества при условии, что температура всё время остаётся на таком же низком уровне.

Обычно жидкость, содержащаяся в межклеточном пространстве тканей, замерзает быстрее, чем внутриклеточная. Чем быстрее замерзают пищевые продукты (при интенсивном подводе к ним охлаждающего агента), тем большее количество центров кристаллизации льда образуется одновременно, вследствие чего даже при почти полном замерзании в клетках и межклеточных пространствах получается много мелких кристалликов льда, которые не могут существенно повредить целости тонких и нежных клеточных оболочек тканей продукта. Поэтому структура тканей мало изменяется, при последующей дефростации (размораживании) перед употреблением в пищу такие продукты лучше сохраняют свои пищевые и органолептические свойства, потери сока из них незначительны.

Холод, необходимый для З. п. п., вырабатывается в холодильных машинах. Морозильные камеры охлаждаются жидким фреоном или аммиаком, циркулирующими в батареях из труб, расположенных вдоль стен и под потолком камеры или же в отдельном помещении. Для повышения эффективности замораживания в камере с помощью вентиляторов создаются направленные потоки воздушных струй. Продукты в камерах подвешиваются (главным образом мясо в тушах, полутушах). В ряде случаев применяют мокрое З. п. п., погружая их в жидкость или орошая струями незамерзающей охлаждающей среды (например, раствора поваренной соли). Замораживание обычно продолжается 1--3 суток.

Плиточные скороморозильные аппараты состоят из ряда параллельно расположенных полых плит, внутри которых циркулирует охлажденный аммиак или рассол. Коробки или листы с продуктом устанавливают на плиты, которые сдвигают с помощью специального устройства, при этом обеспечивается контакт продукта с холодными поверхностями плит. Эти аппараты позволяют сократить длительность З. п. п. до 2--3 часов (при толщине слоя продукта между плитами до 50 мм). Их недостатками являются периодическое действие и значительные затраты времени на загрузку и выгрузку продукта. Более совершенны скороморозильные аппараты с интенсивным движением охлажденного воздуха, продуваемого через пространство, занятое продуктом. Новейшие современные скороморозильные аппараты, пригодные для замораживания сыпучих и мелкокусковых продуктов, работают по принципу флюидизации в т. н. кипящем слое. Продукт попадает на верхнее из расположенных с небольшим наклоном вибрирующих сит. Снизу на сито направляется интенсивный поток холодного воздуха. При определенной минимальной критической скорости воздуха частицы продукта приподнимаются над поверхностью сита и продолжают находиться во взвешенном состоянии, образуя как бы "кипящую" массу (откуда название способа). При этом резко увеличивается общая поверхность частиц продукта, находящихся в контакте с охлаждающим воздухом, а время замораживания сокращается до десятков минут. Др. новые способы замораживания -- погружение непосредственно в жидкие азот, фреон, окись азота и т.п. хладагенты -- позволяют получить низкие температуры замораживания (в жидком азоте до --195°С). Успешно испытано З. п. п. в турбохолодильных машинах, где хладагентом служит воздух, обеспечивающий температуру замораживания ниже --100°С.

Для получения высокого качества замороженных продуктов важна их упаковка, исключающая прямой контакт с воздухом камеры при хранении. При таком контакте происходят не только окислительные процессы, приводящие к потерям вкусовых качеств, но и большие весовые потери вследствие испарения (вымораживания) льда. Образующиеся пары конденсируются в виде изолирующего слоя снега на трубах охлаждающих батарей, на стенах и потолке камеры (т. н. шуба); в результате значительно ухудшаются условия работы холодильной аппаратуры. Для качественной З. п. п. необходимо также поддержание температуры при хранении постоянно на одинаковом уровне. При всяких колебаниях происходит частичная перекристаллизация льда, часто с увеличением размеров кристаллов и с повреждением структуры тканей при размораживании.

В России широко практикуется промышленное замораживание мяса и мясопродуктов, яичного меланжа (яичной массы без скорлупы), а также рыбы. Мясо замораживают в целых тушах, полутушах и четвертинках, а также освобожденное от костей и малоценных соединительно-тканных частей (жилованное), в блоках стандартных размеров и формы. В блоках же замораживают и различные мясные субпродукты и мясные кулинарные полуфабрикаты. Рыбу замораживают неразделанной, в виде филе, в блоках.

Особое значение имеет замораживание ягод, плодов и овощей, т.к. при любом др. методе консервирования нельзя в такой высокой степени сохранить основные качественные показатели продуктов -- вкус, запах, внешний вид, консистенцию, а также нестойкие витамины, в частности витамин С, главным источником которого в пищевом рационе человека являются овощи и фрукты.

Замораживанию могут подвергаться почти все виды овощей (кроме редиса, салата и некоторых других), плодов и ягод. Овощи и плоды предварительно моют, очищают от кожицы, семян и др. несъедобных и малосъедобных частей. Некоторые крупные овощи и плоды (свёкла, морковь, капуста, яблоки и др.) разрезают на дольки, кусочки, кружки -- для ускорения замораживания и удобства последующего употребления в пищу.

Предварительно подготовленные ягоды, плоды и овощи подвергают бланшированию -- для разрушения ферментов, которые в дальнейшем могут способствовать окислительным процессам, потемнению готового продукта и появлению посторонних привкусов. Затем расфасовывают в небольшие (на 250--1000 г) коробки из тонкого парафинированного картона с вкладышем из пергамента, целлофана, полиэтилена или др. непроницаемого для влаги материала и замораживают вместе с коробками в плиточных или др. аппаратах. Также широко применяют более быстрое замораживание россыпью с последующей расфасовкой в замороженном виде. Овощи обычно замораживают в натуральном виде (отдельные овощи или их смеси, наборы для супов и т.д.), плоды -- также в натуральном виде или же с сахаром. При замораживании абрикосов, персиков, яблок иногда вводят небольшое количество аскорбиновой кислоты, что способствует лучшему сохранению их натурального цвета, т.к. аскорбиновая кислота обладает антиокислительным действием. Срок хранения замороженных овощей и овощных смесей при температурах не выше --18°С, плодов и ягод не выше --12°С до 12 месяцев (в зависимости от вида продуктов).

Очень важно создать при замораживании непрерывную холодильную цепь от завода-изготовителя до потребителя. Оттаивание продуктов резко ухудшает их качество, вызывает разрушение структуры тканей, большие потери сока. Поэтому замороженные овощи и плоды перевозят в рефрижераторных ж.-д. вагонах или автопоездах, хранят в холодильниках до момента передачи в торговлю и в холодильных прилавках магазинов. Замороженные овощи не размораживают, а сразу опускают в кипящую воду и варят до готовности (несколько минут). Фрукты подвергают оттаиванию.

Новым направлением является производство быстрозамороженных готовых овощных, овощно-мясных и др., а также фруктовых готовых блюд и кулинарно обработанных полуфабрикатов -- супов, овощных, овощно-мясных, фруктовых и др. Блюда доводят предварительно почти до полной готовности, затем замораживают в мелкой расфасовке в виде индивидуальных порций или в блоках на определенное количество (6--10--20) порций. При потреблении такие блюда требуют только подогревания или кратковременного (3--5 мин) кипячения.

Когда продукт необходимо сохранить в первоначальном свежем состоянии относительно долгое время, его замораживают и хранят при температуре ниже ?17,7°С. Необходимо замораживать только высококачественные продукты в хорошем состоянии. Отбор надлежащих овощей и фруктов очень важен, если их нужно поместить на низкотемпературное хранение. Некоторые сорта не подходят для замораживания, так как процессы сильно снижают их качество или сокращают срок хранения. Овощи и фрукты, которые помещают на низкотемпературное хранение, необходимо собрать при полной степени зрелости. Их необходимо быстро обработать и заморозить для того, чтобы минимизировать нежелательные химические изменения вследствие ферментативной и микробной активности. На окончательное качество и срок хранения любого замороженного продукта влияют:

природа и состав продукта, который будет заморожен;

тщательный отбор, обработка и подготовка продукта для замораживания;

способ замораживания;

условия хранения.

Обычно замораживают:

свежие овощи, фрукты, соки, мясо, птицу, морепродукты и яйца (без скорлупы);

хлеб, печенье и мороженое;

разнообразные готовые продукты и полуфабрикаты, например упакованные обеды.

Подготовка овощей для замораживания

Овощи необходимо обработать перед замораживанием. Их необходимо:

очистить и вымыть, чтобы удалить все инородные материалы с поверхности листьев, грязь, насекомых и соки;

бланшировать в горячей воде или паре при 100°С, чтобы уничтожить естественные ферменты;

охладить до 10°С немедленно после бланшировки, чтобы оставшиеся бактерии их не испортили;

заморозить и поместить на низкотемпературное хранение.

Бланшировка -- это процесс, при котором пищевые продукты быстро нагревают до температуры, которая уничтожает большинство микроорганизмов, но продукт не должен приготовиться. Это делают для уничтожения большинства ферментов, что весьма увеличивает срок хранения замороженных овощей. Продолжительность бланшировки зависит от вида овоща, обычно она длится от одной минуты для зеленой фасоли до 11 минут для больших початков кукурузы. Хотя большая часть микробов, наряду с ферментами, разрушается в процессе бланшировки, но многие бактерия выживают. Поэтому продукт после бланшировки быстро охлаждают, чтобы оставшиеся бактерии его не испортили.

Подготовка фруктов для замораживания

Фрукты также необходимо очистить и вымыть, чтобы удалить инородные материалы и уменьшить количество микробов. Хотя фрукты более подвержены ферментной порче, чем овощи, их никогда не бланшируют. Бланшировка уничтожила бы естественную свежесть, которая столь желательна. Больше всего беспокоят по отношению к замороженному фрукту те ферменты, которые катализируют окисление, что приводит к быстрому покоричневению мякоти. Для контроля окисления, фрукты, которые замораживают, обычно покрывают легким сахарным сиропом. В другом случае для этой цели применяют аскорбиновую кислоту, лимонную кислоту или диоксид серы. Так получается защитный слой между фруктом и кислородом воздуха. кристаллизация замораживание температура отгонка

Подготовка мяса для замораживания

Как правило, мясо, птица и морепродукты не требуют никакой специальной обработки перед замораживанием. Свинину и рыбу обычно замораживают как можно быстрее после охлаждения из-за относительной нестойкости их жировой ткани. С другой стороны, говядина часто дозревает в остывочной несколько дней перед замораживанием. В это время говядина несколько смягчается под внутренним и внешним действием ферментов. В результате ее срок хранения сокращается, особенно если период дозревания превышает шесть или семь дней. Точно так же опыты показали, что птица, замороженная через 12-24 часа после забоя, более нежная, чем замороженная сразу. Но задержка в замораживании более24 часов сокращает срок хранения без заметного увеличения нежности мяса.

Рис. 1. Общий вид скороморозильного конвейерного аппарата.

Рис. 2. Схема устройства скороморозильного конвейерного аппарата: 1 и 3 -- вентиляторная установка;2 -- морозильная камера; 4 -- охлаждающие батареи; 5 -- гребёнки, с помощью которых перемещаются каретки с продуктом; 6 и 7 -- направляющие полки, по которым движутся каретки; 8 -- платформа стола; 9-- винты.

Размещено на Allbest.ru