Основы холодильной техники

Размещено на http://www.allbest.ru/

КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ

по дисциплине

«Основы холодильной техники»



1. История развития холодильной технологии

Много столетий назад уже были известны способы аккумуляции и использования естественного холода: накапливание льда и снега в ледниках для хранения продуктов, хранение продуктов в глубоких ямах (использование низкой средней температуры грунта), охлаждение воды при ее испарении. Только в 18-м веке началось применение смесей льда и соли для получения более низких температур, чем температура плавления водного льда. Промышленные холодильные машины появились лишь в середине 19-го века. холодильный пищевой питание хранение

Первоначально искусственное охлаждение в широких масштабах стали применять при заготовке и транспортировке пищевых продуктов. Первая установка для замораживания мяса была построена в г. Сиднее в 1861 г. В этом же году (и тоже в Австралии) на нефтеперерабатывающем заводе была установлена холодильная машина для выделения парафина из сырой нефти, что явилось началом внедрения искусственного холода в химической промышленности. К концу 70-х и началу 80-х гг. девятнадцатого столетия относятся первые попытки перевозок мяса из Южной Америки и Австралии во Францию и Англию на судах-холодильниках с воздушными и абсорбционными холодильными машинами. Перевозка продуктов в железнодорожных вагонах с ледяным охлаждением началась в 1858 г. в США. Первый крупный холодильник был сооружен в Бостоне (США) в 1881 г. В том же году был построен холодильник в Лондоне, а в 1882 г. -- в Берлине.

2. Принципы сохранения пищевых продуктов

Сохранение пищевых продуктов основано на способности микроорганизмов реагировать на воздействие физических, химических и биологических факторов. Изменяя условия среды и оказывая то или иное воздействие на продукт, можно регулировать состав и активность его микрофлоры.

Способы консервирования подразделяют на: физические, физико-химические, химические, биохимические и комбинированные.

Физические способы -- использование высоких и низких температур, а также ионизирующих излучений, ультрафиолетовых лучей, ультразвука и фильтрации.

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

Химические способы основаны на применении химических веществ, безвредных для человека и не изменяющих вкус, цвет и запах продукта. В России в качестве консервантов разрешены следующие химические препараты: этиловый спирт, уксусная, сернистая, бензойная, сорбиновая кислоты и некоторые их соли, борная кислота, уротропин, отдельные - антибиотики, озон, углекислый газ и ряд других.

Биохимические способы консервирования основаны на подавляющем действии молочной кислоты, образующейся в результате сбраживания сахаров продукта молочнокислыми бактериями.

Комбинированные способы -- дымное и бездымное копчение, а также некоторые другие, основанные на использовании нескольких видов консервантов одновременно.

Микроорганизмы и ферменты вызывают разложение белков, гидролиз жиров, глубокие превращения углеводов и другие изменения. Поэтому основная задача консервирования пищевых продуктов сводится к ограничению или устранению разрушительного действия микроорганизмов и тканевых ферментов.

При этом внешнее воздействие на биологические факторы порчи может иметь различные формы -- биоз, анабиоз, ценоанабиоз и абиоз.

Биоз -- поддержание жизненных процессов в продуктах, т.е. использование их иммунитета. На этом принципе основано хранение плодов и овощей, живой рыбы, предубойное содержание скота и птицы.

Анабиоз -- замедление, подавление жизнедеятельности микроорганизмов и активности тканевых ферментов при помощи холодильной обработки и хранения, сушения и вяления, маринования, консервирования в сахарном сиропе и т.д.

Ценоанабиоз -- подавление вредной микрофлоры за счет создания условий для жизнедеятельности полезной микрофлоры, способствующей сохранению продуктов (квашение, молочнокислое и спиртовое брожение при производстве и хранении кисломолочных продуктов).

Абиоз -- прекращение всякой жизнедеятельности, в том числе и микроорганизмов, в продуктах (высокотемпературная обработка, применение лучистой энергии, токов высокой и сверхвысокой частот, антибиотиков, антисептиков и др.).

В зависимости от решаемых задач продукты подвергаются разной глубине холодильной обработки (охлаждение, переохлаждение, подмораживание, замораживание, домораживание), а для восстановления натуральных свойств к ним подводят теплоту (отепление, размораживание).

Охлаждением продуктов называется процесс отвода теплоты от них с понижением их температуры не ниже криоскопической. На практике все более широко применяют предварительное охлаждение, предшествующее любому последующему этапу технологического цикла обработки холодом и существенно снижающее потери при хранении.

Переохлаждение -- это состояние продукта, вызванное понижением его температуры ниже криоскопической без возникновения кристаллов влаги. Оно бывает устойчивым или неустойчивым в зависимости от теплофизических свойств продукта и температурных режимов окружающей среды.

Подмораживание -- процесс, сопровождающийся частичной кристаллизацией влаги в поверхностном слое, основная масса продукта находится в переохлажденном состоянии. Продолжительность хранения продуктов в подмороженном виде увеличивается в 2 -- 2,5 раза по сравнению с охлажденными.

Замораживание -- отвод теплоты от продуктов с понижением температуры ниже криоскопической при кристаллизации большей части воды, содержащейся в продуктах. Это предопределяет их сохранность при длительном холодильном хранении.

Домораживание -- понижение температуры до заданного уровня при отводе теплоты от частично замороженного продукта.

Отепление -- подвод теплоты к охлажденным продуктам с повышением их температуры до температуры окружающей среды или несколько ниже.

Размораживание -- подвод теплоты к продуктам в целях декристаллизации содержащегося в них льда. В конце процесса температура 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 минутами, часами, иногда сутками и влияет на качество и сохранность продуктов при последующем холодильном хранении.

Холодильное хранение -- это хранение продуктов после холодильной обработки при заданном режиме в камере.

Под режимом холодильной обработки и хранения понимают совокупность параметров и условий, влияющих на качество продуктов (температура, относительная влажность, скорость движения воздуха, состав среды, укладка, продолжительность процесса).



3. Холодильные агенты и хладоносители

Холодильные агенты

Для непрерывного охлаждения машинными способами помимо охлаждаемого тела и приемника теплоты требуется третье тело, переносящее теплоту от первого ко второму. Это третье тело называется рабочим телом или холодильным агентом.

При нормативном атмосферном давлении 0,1 МПа холодильный агент должен иметь достаточно низкую температуру кипения, 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 кондиционирования воздуха, где обычно температура теплоносителя t_H > 0 °С. В качестве холодильного агента воду используют в установках абсорбционного и эжекторного типов.

Аммиак имеет малый удельный объем при температуре кипения -70 °С, большую теплоту парообразования, слабую растворимость в масле и другие преимущества. Его применяют в поршневых 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 невзрывоопасны. Хладоны -- галоидопроизводные предельных углеводородов, получаемые путем замены атомов водорода в насыщенном углеводороде СnН₂n ₊ 2 атомами фтора, хлора, брома (СnН_x, F_y, С1_г, Вг_н). Число молекул отдельных составляющих, входящих в химические соединения хладонов, связаны зависимостью х + у + z+ и = = 2п + 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.

Хладоносители

Хладоносители являются промежуточным веществом между источником холода и объектом охлаждения. Они подразделяются на жидкие и твердые.

К жидким хпадоносителям относятся водные растворы солей -- рассолы и однокомпонентные вещества, замерзающие при низких температурах (этиленгликоль, кремнийорганическая жидкость). Применяют водные растворы солей NaCl, MgCI₂, 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 концентрации 70 % по объему.

Твердые хладоносители -- это эвтектический лед, образующийся при криогидратной температуре, представляющий собой смесь льда и соли и имеющий постоянную температуру плавления.

Теплофизические параметры пищевых продуктов

К наиболее важным теплофизическим параметрам пищевых продуктов относят удельную теплоемкость, теплопроводность, температуропроводность, энтальпию, криоскопическую температуру, плотность, равновесное давление пара.

Удельной теплоемкостью называется величина, равная количеству теплоты, необходимому для нагревания или охлаждения 1 кг вещества на 1 К.

Теплопроводность -- один из видов теплопередачи, при котором перенос теплоты имеет атомно-молекулярный характер. Явления теплопроводности возникают при разности температур между отдельными участками тела (продукта). Количественно теплопроводность характеризуется коэффициентом теплопроводности и измеряется в Вт/(м * К).

Коэффициент теплопроводности численно равен количеству теплоты, переносимому через единицу площади поверхности в синицу времени, при градиенте температуры, равном 1:

Энтальпия -- однозначная функция состояния термодинамической системы, часто называемая тепловой функцией или теплосодержанием, измеряется в Дж/кг. Данными об изменении энтальпии продовольственных продуктов в холодильной технологии пользуются обычно для определения отведенной или подведенной теплоты при холодильной обработке продуктов. Энтальпию отсчитывают при какой-либо начальной температуре (обычно -20 °С), При которой ее значение принимается за 0.

Криоскопической температурой называют температуру начала замерзания жидкой фазы продуктов. Тканевый сок продовольственных продуктов представляет собой диссоциированный коллоидный раствор сложного состава, которому соответствует криоскопическая температура -0,5...-5°С. Плотность -- отношение массы продукта к его объему. При замораживании плотность продукта уменьшается (на 5~ 8 %) поскольку вода в тканях, превратившись в лед, увеличивается в объеме при неизменной массе. Плотность большинства скоропортящихся продуктов составляет около 1000 кг/м³.

Равновесное давление пара над поверхностью продукта Р_п из-за содержания во влаге продуктов растворенных веществ (сахара, соли и др.) несколько ниже давления насыщенного пара Р_н при той же температуре даже при полном насыщении.

Классификация холодильников по назначению

По назначению различают следующие типы холодильников: заготовительные, производственные, распределительные, базисные, для хранения овощей и фруктов, продовольственных баз, портовые, перевалочные, предприятий розничной торговли и общественного питания, смешанного назначения.

Заготовительные холодильники сооружают в районах заготовок скоропортящихся пищевых продуктов. Они предназначены для первоначальной холодильной обработки, кратковременного хранения и подготовки заготавливаемых продуктов к транспортировке на торговые предприятия или распределительные холодильники и холодильники других типов.

Производственные холодильники -- составная часть пищевых предприятий (мясокомбинатов, рыбокомбинатов, консервных, Молочных заводов и др.). Они осуществляют холодоснабжение технологических процессов производства. Их используют для охлаждения, замораживания и хранения сырья и готовой продукции.

Распределительные холодильники предназначены для создания и хранения резервных, сезонных, текущих запасов скоропортящегося сырья и готовой продукции, обеспечивающих ритмичность производства пищевых отраслей и равномерное снабжение пищевыми продуктами населения в течение года.

Распределительные холодильники могут быть универсальными или специализированными в зависимости от номенклатуры сохраняемых грузов. В состав распределительных холодильников особенно вместимостью от 7000 до 20 000 т, могут входить цеху по выработке мороженого или быстрозамороженных пищевых продуктов (ягод и т.д.), сухого и водного льда, фасовке масла, изготовлению полуфабрикатов. Такие холодильники называются хладокомбинатами.

Базисные холодильники предназначены для длительного хранения резервов скоропортящихся продуктов (госрезерв). Эти холодильники сооружают в местах, которые удалены от населенных пунктов и надежно защищены.

Холодильники для хранения овощей и фруктов могут быть самостоятельными предприятиями либо входить в состав плодоовощных и продовольственных баз. Они располагаются в сельской местности, играя роль заготовительных, или в местах потребления (в городах, поселках).

Холодильники продовольственных баз предназначены для обслуживания торговой сети небольших городов. В них поступают пищевые продукты с производственных и распределительных холодильников.

Портовые холодильники используют для хранения пищевых продуктов, перевозимых водным транспортом. В них осуществляется перевалка пищевых продуктов с судов-рефрижераторов на железнодорожный и автомобильный транспорт и наоборот, поэтому их относят к группе транспортно-экспедиционных.

Перевалочные холодильники предназначены для кратковременного 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, которые реализуются предприятиями в течение нескольких дней.

Холодильники смешанного назначения выполняют несколько функций. Например, производственные и портовые холодильники в крупных городах могут осуществлять одновременно функции распределительных. И портовые холодильники в рыбных портах могут выполнять роль производственных холодильников рыбокомбинатов.



4. Виды холодильной обработки пищевых продуктов

Охлаждение

Охлажденным считается продукт, в толще которого поддерживается температура от 0 до 4 °С. Основная задача охлаждения заключается в создании неблагоприятных условий для развития микробиальных и ферментативных процессов в пищевых продуктах. Цель охлаждения -- сохранение первоначального качества продукта в течение определенного времени.

Для многих продуктов, особенно растительного происхождения, являющихся живыми организмами, выбор конечной температуры охлаждения, при которой они будут храниться, имеет большое значение. Повышение или понижение температуры хранения на несколько градусов по сравнению с оптимальной приводит к преждевременной порче продуктов. Каждый способ охлаждения оценивают по совокупности признаков, среди которых первостепенное значение имеют качество получаемого продукта и экономичность способа охлаждения.

Способы охлаждения пищевых продуктов можно подразделить на три основные группы: в контакте с воздухом, в контакте с жидкостью (или тающим льдом, снегом), в контакте с инертными газами. Эти способы различаются по величине коэффициентов теплоотдачи на поверхности охлаждаемого продукта.

Пищевые продукты чаще всего охлаждают в воздухе, несмотря на то, что коэффициент теплоотдачи в нем самый малый.

Когда указывают режимы охлаждения в воздухе, то называют обычно его температуру, среднюю скорость движения и относительную влажность.

Поле относительной влажности воздуха в камерах охлаждения, так же как и в камерах замораживания, очень неравномерно. Если поверхность охлаждаемого тела влажная, то воздух около нее находится в состоянии насыщения при температуре тела, а у поверхности охлаждающих приборов -- при температуре их теплообменной поверхности. Поскольку эти две поверхности имеют разную температуру, неодинаково и влагосодержание воздуха около них. Все это приводит к испарению влаги с поверхности продукта и конденсации ее из воздуха на поверхности охлаждающих приборов. По мере увеличения скорости движения воздуха в камере уменьшается неравномерность поля относительной влажности и температуры.

Деление способов охлаждения пищевых продуктов на три основные группы не исключает многообразия вариантов режимов охлаждения в пределах каждой группы.

При охлаждении любым способом преследуют две цели:

охлаждение продукта сразу после производства;

интенсивное охлаждение.

На скорость охлаждения продукта влияет ряд факторов: его размеры; величина поверхности; масса; удельная теплоемкость; начальная и конечная температуры и многое другое.

Замораживание

К замораживанию пищевых продуктов прибегают для достижения следующих целей:

- обеспечения сохранности во время длительного хранения; отделения влаги при концентрировании жидких пищевых продуктов;

- изменения физических свойств продуктов (твердость, хрупкость и др.) при подготовке к дальнейшим технологическим операциям

- при сублимационной сушке;

- производства своеобразных пищевых продуктов и придания им специфических вкусовых и товарных качеств (мороженое, пельмени, другие быстрозамороженные продукты).

Основное отличие результатов замораживания от результатов охлаждения состоит в том, что замороженные продукты более стойки при хранении, чем охлажденные, поскольку вода в них превращается в лед. При этом прекращается диффузионное перемещение растворимых в воде веществ и, следовательно, питание микроорганизмов и протекание биохимических (ферментативных) реакций. Эффект замораживания достигается при температуре в центре продукта -6 °С и ниже.

Результативный эффект превращения воды в лед родственен эффекту обезвоживания. При этом уменьшается количество влаги, необходимой для жизнедеятельности микроорганизмов и осуществления биохимических реакций.

Различие между замораживанием и сушкой состоит в том, что при замораживании влага превращается в лед, не будучи удаленной из продукта, тогда как при сушке она удаляется.

Замороженный продукт отличается от охлажденного рядом внешних и физических признаков и свойств:

твердостью -- результат превращения воды в лед;

яркостью окраски -- результат оптических эффектов, вызываемых кристаллизацией льда;

уменьшением удельного веса -- следствие расширения воды при замораживании;

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 пищевых продуктов.

При замораживании в отличие от охлаждения происходят частичное перераспределение влаги, травмирование тканей продукта кристаллами льда, а также иногда частичная денатурация белка.

В итоге вкусовые и питательные достоинства продукта могут снизиться, если замораживание осуществлено неправильно. Замораживая продукт, необходимо стремиться прежде всего к сохранению его питательных и вкусовых свойств. Для этого необходимо добиться максимальной обратимости явлений, происходящих в процессе замораживания.

Подмораживание (переохлаждение)

Подмораживание заключается в понижении температуры продуктов немного ниже криоскопической для улучшения условий хранения. Поскольку понижение температуры продуктов сопровождается некоторым льдообразованием, термин «переохлаждение» неточен, более правильный «подмораживание».

Существуют два основных способа подмораживания продуктов:

- продукт помещают в камеру, где поддерживается температура 0 - 3 °С; температура его постепенно понижается, приближаясь к температуре воздуха камеры; так переохлаждают рыбу, птицу, мясо, зимние сорта яблок;

- продукт помещают в морозильную камеру, где замораживается его периферийный слой ограниченной толщины; после перемещения продукта в камеру хранения с температурой -2 -3 °С вследствие внутреннего теплообмена во всем объеме продукта устанавливается температура, одинаковая с температурой хранения. Этот способ рекомендуется для подмораживания мяса и рыбы, причем подмораживать рыбу можно контактным способом в рассоле.

При подмораживании в морозильных камерах с последующим внутренним теплообменом до выравнивания температур в объеме продукта происходят теплофизические процессы, существенно отличные от происходящих при медленном переохлаждении. Такой процесс делится на два взаимосвязанных этапа. На первом этапе при интенсивном отводе теплоты замораживается слой некоторой толщины и в продукте создается резко равномерное температурное поле. На втором этапе происходит внутренний теплообмен в продукте при очень слабом теплообмене с воздухом камеры хранения. Это приводит к приблизительному равенству температуры продукта и камеры. Внутренний теплообмен в продукте можно рассчитывать как адиабатный.

Интенсивный отвод теплоты от продукта на первом этапе приводит к быстрому замораживанию периферийного слоя, что благоприятно в технологическом отношении и удобно организационно, так как время, необходимое для пребывания продукта в морозильной камере, невелико. Последнее обстоятельство позволяет выполнить в непрерывном потоке подмораживание таких продуктов, как мясные полутуши и четвертины. Нет необходимости ограничивать на первом уровне понижение температуры поверхности мяса из-за опасения уменьшить обратимость процесса.

Температура поверхности должна быть такой, чтобы после уравнивания температура в толще была (-1-2) °С.

Таким образом, чем интенсивнее процесс теплообмена на первом этапе, тем совершеннее он в технологическом и организационном отношении.

5. Охлаждение пищевых продуктов

Охлаждение продуктов растительного происхождения.

Для плодов, ягод и овощей охлаждение и хранение в охлажденном состоянии -- самый надежный и распространенный способ консервирования, в основе которого лежит применение холода для поддержания оптимальных значений температуры, относительной влажности воздуха и воздухообмена.

Хранение свежих плодов и овощей основано на принципе биоза (поддержание жизнедеятельности за счет естественного иммунитета). Процессы, происходящие в плодах и овощах на всех этапах жизненного цикла, имеют общебиологическую природу, а процессы, протекающие в период хранения, в значительной степени являются продолжением этих процессов. Однако имеется и принципиальное различие: во время роста наряду с распадом органических веществ происходит активный их синтез, причем процессы синтеза преобладают над процессами распада, а в хранящихся плодах и овощах наблюдается главным образом распад веществ с выделением энергии, необходимой для жизнедеятельности клеток.

При охлаждении и хранении таких продуктов нужно максимально снизить интенсивность биохимических, микробиологических и физико-химических процессов, поддерживая жизнеспособность и естественный иммунитет на минимальном уровне. С этой целью температуру продуктов снижают от исходной до низшей границы физиологической устойчивости, зависящей от видовой (генетической) их особенности.

Режим хранения продукции устанавливают на основе изучения ее свойств, продолжительности хранения, вида упаковки и др. Дополнительные методы консервирования (озонирование, пищевые покрытия, МТС, РГС и др.) позволяют существенно продлить срок хранения при сохранении качества. Особое значение для сохранения качества плодоовощной продукции имеет скорость ее охлаждения сразу после уборки на поле, в саду.

Холодильная обработка -- один из основных способов сохранения качества ягод, плодов и овощей. Однако ее преимущества используются не полностью, причем это относится в первую очередь к начальному этапу -- предварительному охлаждению, обеспечивающему благодаря быстрому понижению температуры сокращение потерь от порчи и усушки.

Предварительное охлаждение плодов и овощей представляет собой процесс быстрого понижения их температуры от начальной (после уборки урожая) до требуемой при последующих технологических операциях (транспортировании, краткосрочном или длительном хранении). При немедленной реализации продукции (поле --прилавок) необходимость в холодильной обработке отпадает.

Эффективность предварительного охлаждения связана с положительным влиянием его на факторы, определяющие сохранность продукции. Чем быстрее понизится температура плодов и овощей после сбора, тем продолжительнее будет период хранения их в холодильнике и выше качество. Предварительное охлаждение позволяет снизить интенсивность дыхания плодов и овощей и связанных с ним биохимических процессов, предотвратить значительные потери массы и развитие фитопатогенных микроорганизмов. Показано, что «один день» жизни растительных клеток плодов при температуре 25 °С равен двум дням при температуре 15 °С, четырем -- при 10 °С, восьми -- при 4°С и шестнадцати -- при 0°С.

Промышленные способы охлаждения продуктов животного происхождения

Сущность охлаждения продуктов животного происхождения состоит 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 подлежат, так как при близкриоскопических температурах многие виды вредных микроорганизмов активно развиваются и продукт может быстро испортиться.

В настоящее время на основе комбинированных методов консервирования удается значительно повысить сроки хранения скоропортящихся пищевых продуктов в охлажденном состоянии.

При охлаждении имеют место процессы тепло- и массообмена между продуктом и охлаждающей средой, что вызывает испарение влаги с поверхности продукта (усушку) и переход теплоты от продукта в охлаждающую среду.

В промышленности наиболее распространены способы охлаждения, которые осуществляются передачей теплоты от продукта конвекцией, радиацией и вследствие теплообмена при фазовом превращении.

В соответствии со способом теплообмена для охлаждения используют 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 (испари-ельно-конденсационный способ).

Современные направления совершенствования холодильной обработки основаны на доведении температуры продуктов до уровня, неблагоприятного для развития микрофлоры и обеспечивающего их сохранность и уменьшение потери массы.

Конкретные режимы охлаждения для каждой группы продуктов определяют с учетом криоскопической температуры и в соответствии с особенностями их состава, свойств, микроструктуры, биохимических процессов, а также целевого назначения и экономичности.

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 является воздушный.

6. Низкотемпературная обработка продуктов питания

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 улучшить ее санитарно-гигиенические показатели. В качестве полуфабриката замороженные плоды, овощи и ягоды являются сырьем для промышленного производства многих других продуктов (фруктовые и молочные кремы, йогурты, мороженое, кондитерские изделия и др.).

Все способы замораживания подразделяют по виду теплообмена на конвективные, кондуктивные, испарительно-конденсационные, смешанные.

1. Замораживание воздушным способом проводят в морозильных камерах и туннельных морозильных аппаратах. Преимущество туннельных морозильных камер универсальность: в них можно замораживать пищевые продукты разной формы и типоразмера и в различной упаковке.

2. Замораживание в «кипящем слое» (флюидизационный способ) происходит под действием подаваемого восходящего потока холодного воздуха, достаточного для поддержания продукта во взвешенном состоянии, которое достигается с помощью мощного потока воздуха, подаваемого вентиляторами через охлаждающую батарею, а затем через слой замораживаемого продукта находящегося, на сетчатой ленте конвейера. Проходя через отверстия ленты, воздух поднимает частицы продукта, отделяет их друг от друга и удерживает во взвешенном состоянии.

3. При контактном способе замораживания продукт зажимается двумя металлическими плитами, в которых циркулирует кипящий хладоноситель. Важное условие -- равномерность толщины загружаемых порций по всей поверхности плиты. Контактные плиточные аппараты непригодны для замораживания продуктов неправильной формы.

4. Замораживание с использованием испарительно-конденсационного обмена применяют, когда удаление влаги из продукта способствует проведению какого-либо последующего процесса, например сублимационной сушки. Нa первом этапе под вакуумом вследствие бурного испарения воды из продукта понижается его температура и образуются кристаллы водяного льда, а затем уже под глубоким вакуумом осуществляется сублимация водного льда, тем самым обеспечивается обезвоживание продукта.

Замораживание мяса крупного рогатого скота и свиней. Мясо замораживают обычно в полутушах и четвертинах, баранину -- в тушах. Кроме того, мясо замораживают в блоках, сортовых отрубах и мелкой фасовке. Для замораживания мясо в тушах и полутушах но путям направляют в морозильные устройства камерного типа.

Говяжьи полутуши замораживают при следующих параметрах - температура от -30 до -40 °С, скорость движения воздуха 1-2 м/с, относительная влажность воздуха 95 -- 100%; продолжительность процесса в пределах 24 ч. Время замораживания свиных полу туш и бараньих туш составляет соответственно около 80 (18 -- 20 ч) и 60% (14--16 ч) времени замораживания говяжьих полутуш.

Интенсифицировать процесс замораживания можно с помощью 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. Продолжительность замораживания птицы в таре зависит от се вида и упитанности, температуры и скорости движения воздуха. При -18 °С и естественной 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).

Замораживание субпродуктов. Субпродукты замораживают на противнях, которые укладывают на рамы, этажерки или стеллажи, либо в виде блока при температуре -30...-55°С и скорости движения воздуха 1 -- 2 м/с. Продолжительность замораживания при двухфазном способе 12 ч, при однофазном --18 ч; при замораживании в морозильных аппаратах -- соответственно 3 -- 4 и 4 -- 7 ч.

Замораживание продуктов из яиц. Замораживают продукцию из яиц -- яичный меланж, альбумин (белки) и желтки с сахаром для выпечки хлебобулочных изделий. Кроме того замораживают соленый желток, применяемый при изготовлении майонеза и приправ и салата, также простой желток без сахара и соли, используемый для детского питания и 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 Для замораживания пригодны только очень свежие яйца, в некоторых случаях, чтобы уничтожить сальмонеллы, их дополнительно стерилизуют путем ультрафильтрации. Эффект желирования можно свести к, минимуму подмешиванием 5 -- 10 % соли, 10% сахарозы или 5% глицерина. Эффекта резинистости альбумина можно избежать применением криогенного замораживания 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.

Холодильная обработка масла считается законченной, если в монолите на глубине 6 -- 8 см температура продукта не превышает- 12°С.

Количество сливочного масла, загружаемого ежесуточно для холодильной обработки в камеры хранения с температурой воздуха -18 °С и ниже, не должно превышать для камер вместимостью 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, получаемою машинным методом (воздушное замораживание, контактное в плиточных морозильных аппаратах); с применением жидких углерода и азота; в рассоле; комбинированные.

Быстрозамороженные продукты

По классификации ФАО к быстрозамороженным продуктам относятся изделия из овощей и картофеля, фрукты, готовые изделия и кулинарные полуфабрикаты. 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 - филе. Замораживают сладкую кукурузу в виде початков и зерно. Картофель замораживают в скороморозильных аппаратах при температуре -40°С в течение 6--12 мин до температуры в центре продукта -5°С. В последующем температура по всей массе выравнивается и продукт хранится при -18°С в течение 6 мес.

Быстрозамороженные изделия из теста можно длительно хранить в замороженном состоянии. Развитие производства быстрозамороженных продуктов позволит:

* значительно (до 30 %) сократить потери важнейших биологически ценных компонентов сельскохозяйственного сырья при длительном хранении;

* снизить потери пищевых продуктов в общественном питании и Домашнем хозяйстве:

* высвободить часть работников, занятых неквалифицированным трудом по сортировке и подготовке продуктов к реализации и потреблению;

* уменьшить затраты домашнего труда;

* создать запасы продуктов широкого ассортимента для равномерной реализации в крупных потребительских центрах в течение года.



7. Холодильное хранение продуктов питания

Условия хранения скоропортящихся продуктов

Существуют общие принципы выбора режимов хранения охлажденных и замороженных продуктов и некоторые требования к холодильным сооружениям и системам охлаждения камер хранения, вытекающие из этих принципов.

Во-первых, строгое постоянство и равномерность поля режимных параметров, поддержание оптимальных режимов постоянными во всем объеме холодильных камер в течение всего времени хранения. Если меняются какие-либо внешние условия, воздействующие на режимные параметры в камере, то их необходимо компенсировать таким образом, чтобы режим не нарушался. Полностью соблюдать этот принцип невозможно, поэтому стремятся к 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 относительной влажности, создают неравномерность поля режимных параметров.

Общими обязательными условиями хранения скоропортящегося продукта независимо от того, как долго он будет находиться в холодильнике, являются следующие:

доброкачественность продуктов, поступающих на хранение (холод только замедляет или приостанавливает развитие микроорганизмов);

содержание камер в чистоте; необходимо возможно чаще проводить 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 продуктов при холодильном хранении;

строгое соблюдение принципов товарного соседства.

Размещение и укладка скоропортящихся продуктов при холодильном хранении. Перед размещением и укладкой продуктов ветеринарная 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 реализации продуктов, срок хранения которых истек, запрещать погрузку пищевых продуктов на транспорт, не отвечающий санитарным требованиям.

Санитарный контроль на холодильнике осуществляет ведомственная 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, присущие продуктам, становятся интенсивнее и легче передаются от одного продукта другому. Продукты с более высокой температурой подлежат перед закладкой на совместное хранение домораживанию в камерах замораживания. Домораживание в камерах совместного 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 конечной температурой, равной температуре хранения. Продукты, прибывшие на холодильник с температурой в толще выше установленной, направляют на доохлаждение и домораживание.

Технологическими инструкциями допускается загрузка и отепленных продуктов, но при этом суточное поступление груза ограничивается в камеры хранения грузовой вместимостью до 200 т 8 % вместимости, более 200 т -- 6 % вместимости.

Режимы холодильного хранения

В холодильной технологии хранения продуктов различают три основных режима: для охлажденных, подмороженных и замороженных продуктов. Общие принципы хранения -- это обобщение технологии хранения различных 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 зависимости 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 однородными продуктами или с одинаковым режимом (желательно и сроком) хранения.

Многие проблемы решаются на современных автоматизированных, роботизированных холодильниках при хранении упакованных и фасованных продуктов в контейнерах, в пакетах, на полетах.

8. Транспортирование охлажденных и замороженных пищевых продуктов

Классификация и краткая характеристика холодильного транспорта

Холодильный транспорт -- важнейшая составная часть непрерывной 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 последующем хранении и переработке.

Холодильный транспорт связывает все звенья холодильной цепи.

Холодильный транспорт -- это совокупность передвижных транспортных средств и стационарных сооружений, предназначенных для перевозки скоропортящихся грузов. Все транспортные средства, используемые для этих целей, изотермические, т.е. их кузов изготовлен из теплоизолированных ограждающих конструкций, уменьшающих тепловые потоки из окружающей среды. Если средний коэффициент теплопередачи по всему теплоизолированному ограждению равен или меньше 0,7 Вт/(м2* К), то транспортное средство называют обычным изотермическим, а при К меньше или равном 0,4 Вт/(м2 * К) -- изотермическим с усиленной изоляцией.

Допустимую продолжительность транспортирования т замороженных пищевых продуктов при заданном повышении температуры можно определить с помощью уравнения Лединга, ч:

где G -- масса груза, кг; с -- удельная теплоемкость продукта, кДж/кг; tн, tк -- начальная и конечная температуры груза, °С; К-- коэффициент, учитывающий влияние света и солнечного излучения (для крупных транспортных средств 1,75); F-- средняя величина внутренней поверхности охлаждаемой емкости транспортного средства, м; Дtm -- разница между средней температурой окружающей среды и температурой груза, єС.

Изотермический транспорт может быть ледниковым и рефрижераторным.

Ледниковый транспорт -- транспортные средства с безмашинным охлаждением, в которых в качестве хладагента используют лед, льдосоляные смеси, сухой лед, сжиженные газы и т.д. Хладагент помещают в сосуды или резервуары; запас его должен быть достаточен не менее чем на 12 ч работы. В зависимости от температуры, поддерживаемой в рабочем объеме, ледники относят к следующим классам: А -- с температурой не выше 7 °С; В -- не выше -10°С; С -- не выше -20 °С при наружной температуре не выше 30 °С. Ледники классов В и С выпускают с усиленной изоляцией.

Рефрижераторы -- изотермические транспортные средства, охлаждаемые с помощью холодильных машин или установок. При этом при наружной температуре не выше 30 °С в кузове поддерживается 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 относящихся к классу А, выпускаются с усиленной изоляцией.

Отапливаемые транспортные средства -- это изотранспорт, имеющий отопительные установки, которые позволяют поддерживать температуру на необходимом уровне (не ниже 12°С) в течение не менее 12 ч:

для класса А -- при температуре наружного воздуха не ниже -10 °С,

класса В -- не ниже -20 °С.

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 контейнерный.

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 стационарных холодильниках, так и на холодильном транспорте. Обработка продуктов определяет подготовку транспортных средств. Неблагоприятные условия хранения продуктов на стационарных холодильниках затрудняют перевозки, сокращают предельный срок транспортирования. Рассмотрим особенности транспортирования различных пищевых продуктов.

Мясо и мясопродукты. В общем объеме перевозок железнодорожным транспортом мясо и мясопродукты составляют около 6 %. Часть этих перевозок осуществляется в рефрижераторных вагонах, часть -- в вагонах-ледниках. Дальние перевозки в пределах РФ -- это поставки в районы Дальнего Востока и Крайнего Севера с Урала, из Западной Сибири и центра России. Перевозки мяса характеризуются сезонностью, что определяется неравномерностью заготовок скота в течение года: более 40 % мяса заготавливают в сентябре -- ноябре.

Для транспортирования мяса по железной дороге используют 5-вагонные секции, оборудованные приспособлениями для подвески мясных туш. Используют также автономные вагоны. Вагоны и секции закреплены за крупными мясокомбинатами, постоянно отгружающими охлажденное мясо в промышленные центры. Правые половины полутуши располагают с одной стороны, левые -- с другой. Четвертины говядины и туши баранины подвешивают в два яруса на деревянных разгонах или веревках. Перспективна перевозка охлажденного мяса в ящиках. Для этого туши разрубают на стандартные отруба, которые обертывают целлофаном и плотно укладывают в ящики. Такой способ позволяет лучше использовать транспортные средства (более плотная загрузка), сокращает усушку, улучшает санитарные условия.

Плодоовощные товары и картофель. Условия транспортировки плодов и овощей зависят от ряда факторов: их способности сохраняться, условий выращивания, степени зрелости и т.д. Для успешной 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. Установку в вагоны и кузова тары осуществляют так, чтобы каждое грузовое место омывалось потоком воздуха. Каждое место укрепляют для предотвращения механических повреждений плодов и овощей. Требуется поддержание постоянных температуры и влажности.

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, летних груш 12, сливы 16, земляники 3, капусты 15 -- 18, картофеля раннего 14, позднего 20 сут и т.д.

Консервная продукция. В общем объеме перевозок скоропортящихся грузов консервная продукция составляет около 20 %. Рыбные и мясные консервы перевозят равномерно в течение года. Перевозка плодоовощных консервов имеет ярко выраженную сезонность. В зависимости от времени года консервы перевозят в изотермических вагонах без утепления, с утеплением, с отоплением. Молоко и молочные продукты. Из-за краткого срока хранения этих продуктов перевозка их должна быть четко организована. Наибольшую часть молока перевозят в специальных цистернах. Сливочное масло перевозят в ящиках и бочках, топленое -- в бочках. В зависимости от температуры транспортировки масло укладывают 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 ограничивают сроки доставки в изотермических вагонах сливочного масла, сыров; для молока этот срок не больше 3 сут, творожных сырков 2 сут.

Виноградные и плодово-ягодные вина перевозят в стандартных бочках и бутылках, упакованных в ящики. В зимний период бочковые вина перевозят с отоплением или без отопления (тогда во избежание разрыва бочки не доливают на 10--15 %). Вина перевозят также в цистернах-термосах и в изотермических вагонах, что позволяет в 3 раза лучше использовать грузоподъемность транспорта. Пиво в бутылках упаковывают в ящики или заливают в дубовые бочки и перевозят в рефрижераторных вагонах. Минеральные воды можно перевозить навалом, переложенными сеном или соломой.

Правила приемки транспортируемых продуктов

Принятые на хранение продукты нельзя оставлять на платформах или площадках, их следует немедленно направлять в охлаждаемый транспорт. Этот транспорт должен быть технически исправным, отвечать санитарным требованиям и быть подготовленным к загрузке продуктами. В нем должны быть проверены состояние охлаждаемых устройств, плотность закрывания дверей, электропроводка, наличие реек и решеток.

Подготавливать камеры холодильного транспорта к приему новой партии грузов следует сразу после освобождения от предыдущей партии продуктов. Камеры холодильного транспорта должны быть чистыми, без запаха и периодически подвергаться санобработке. Подготовка камер холодильного транспорта к загрузке заканчивается установлением в них необходимого температурного режима.

Для успешной транспортировки скоропортящихся продуктов большое значение имеет правильность размещения грузов в холодильном транспорте. При транспортировании мороженых грузов их необходимо укладывать плотно, что позволяет избежать колебаний 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.

...