Лабораторная работа № 3 «Приготовление мороженой продукции из гидробионтов. Определение продолжительности замораживания в различных средах»

Цель работы: изучить процесс замораживания рыбных продуктов различными способами, сделать выводы об их сравни­тельной эффективности, о влияющих на продолжительность и ско­рость замораживания факторах.

Задания:

1. Провести замораживание рыбы различными охлаждающими средами.

2. Построить экспериментальную температурную кривую замораживания рыбы различными способами.

3. Рассчитать по формуле Планка и по формуле Рютова продолжительность замораживания.

4. Сравнить экспериментальное значение продолжительности замораживания с расчетными, оценить точность примененных методик расчета.

1. Рассчитать линейную скорость замораживания объекта.

5. Сделать заключение об эффективности различных способов замораживания, о факторах, оказывающих влияние на продолжительность и скорость замораживания.

Порядок выполнения работы

Учебная группа студентов разбивается на подгруппы по 2...3 человека. Каждая подгруппа получает задание на замораживание определенного вида сырья и способа разделки определенным в задании способом (см. Приложение 2, стр. 78). Перед замораживанием рыба тщательно промывается от остатков слизи, при необходимости разделывается. После разделки рыба тщательно промывается проточной водой с температурой не выше +20°С от остатков крови, внутренностей, черной пленки, других загрязнений. Промытая рыба оставляется на столе на 3...5 мин для стекания влаги, после чего экспериментально определяется содержание влаги стандартным мегодом — высушиванием навески при 105°С (ГОСТ 7636-85). Затем порция рыбы взвешивается на лабораторных весах с точностью ±1 г. В геометрическом центре рыбы определяется ее начальная температура t_н, °С, (перед замораживанием), после чего рыба направляется на замораживание указанным в задании способом.

При замораживании воздухом в холодильной камере рыба укладывается на специальные пластмассовые подставки и помещается в холодильную камеру, таким образом, чтобы обеспечить свободное обтекание ее воздушным потоком. В камере предварительно производится измерение температуры воздуха t_0, °С.

При замораживании льдом или льдосолевой смесью рыбу перемешивают со льдом или смесью в заданном соотношении в чистой металлической емкости, после чего оставляют для замораживания в холодильной камере при температуре от +3 до +7°С.

При замораживании контактным способом замораживаемая рыба укладывается в специальную металлическую форму так, чтобы был обеспечен наибольший контакт с поверхностью формы. Затем форма помещается в лабораторную морозильную камеру непосредственно на ее металлическую поверхность, температура которой известна из технической характеристики морозильной камеры и составляет —20°С.

В процессе замораживания через равные промежутки времени (, с) производят измерение температуры в геометрическом центре рыбы, данные заносят в табл. 1.4. Замораживание считается оконченным, когда температура рыбы максимально приблизится к температуре охлаждающей среды.

Таблица 1 - Температура в геометрическом центре замораживаемого объекта в процессе замораживания

, с	0	60	……	……	к
t, С	tн	t1	…..	…..	tк

По полученным экспериментальным данным строят эмпирическую температурную кривую замораживания в координатах: ось ординат — температура в геометрическом центре рыбы в процессе замораживания, t°С; ось абсцисс — продолжительность замораживания, , с.

На полученной кривой необходимо выделить три основных периода замораживания и оценить их продолжительность.

Рассчитать продолжительность замораживания, используя формулу Планка и формулу Рютова, позволяющую в отличие от классической формулы Планка учесть расход холода на понижение температуры замораживаемого объекта от начальной до криоскопической.

Формула Рютова:

где  — продолжительность замораживания, с;  - плотность или объемная масса замораживаемой рыбы, кг/м³, принимают равной 1050 кг/м³; q — тепло, отводимое от единицы массы замораживаемого тела, представляет собой тепловой эффект изотермического льдообразования, кДж/кг, рассчитывается по формуле:

q=C₀*(t_н - t_кр)+*W*r + C_m*(t_кр - t_р),

где r— скрытая теплота льдообразования, составляет 334 кДж/кг, W— долевое содержание воды в замораживаемой рыбе, определяется экспериментально,  — количество вымороженной воды, рассчитывается по эмпирической формуле:

=

t_н, t_к— соответственно, начальная и конечная температура замораживаемой рыбы (определяются в ходе экспериментов), °С; t_кр— криоскопическая температура рыбы, °С;  — половина толщины пластины, при условии, что рыба по своей геометрической форме приближается к пластине, или радиус, при условии, что рыба по своей геометрической форме приближается к цилиндру, м, определяется экспериментально измерением данного параметра;  — коэффициент теплоотдачи от рыбы к охлаждающей среде, принимают по табл. 1.3 в зависимости от вида охлаждающей среды, Вт/(м² • К); t₀ — температура охлаждающей среды, °С, определяется экспериментально; m — корректирующий множитель, представляющий функцию критерия Био (см. табл. 1.5), числовые значения которой приведены в табл. 1.3, критерий Био Bi рассчитывают по формуле:

Bi=R / ,

где R — радиус, при условии, что рыба по своей геометрической форме приближается к цилиндру, м, или половина толщины пластины, при условии, что рыба по своей геометрической форме приближается к пластине, определяется экспериментально — измерением данного параметра;  - коэффициент теплопроводности замороженной рыбы, Вт/(м • К), рассчитывают по эмпирической формуле:

=k+n/t,

здесь k и n — эмпирические коэффициенты, для рыбы принимаются k = 0,75 Дж/(кг • К), n = 37,22 Дж/кг.

Таблица 2 - Значения эмпирического коэффициента m в зависимости от значения критерия Био

Bi	0,194	0,348	0,590	0,988	1,710	3,412	5,850	8,250	11,630	16,050	
m	1,217	1,200	1,183	1,157	1,112	1,074	1,043	1,027	1,019	1,010	1,000

С_м — теплоемкость замороженной рыбы, кДж/(кг • К), рассчитывается по эмпирической формуле:

С_М = С₀ -

здесь А_с и В_с — эмпирические постоянные, составляют для рыбы 1,74 и 0,369; t — конечная температура замороженной рыбы по абсолютной величине, °С, определена экспериментально; С₀ — теплоемкость незамороженной рыбы, кДж/(кг * К), рассчитывается по формуле:

С₀=С_w*W+C_сух.в-в*(1-W)

Формула Планка:

=

Полученные расчетом значения продолжительности замораживания сравнить между собой и с экспериментальным значением, оценить точность использованных методов расчета.

Рассчитать линейную скорость замораживания рыбы , м/с, по формуле:

=/

где  — продолжительность замораживания, с;  — половина толщины пластины, при условии, что рыба по своей геометрической форме приближается к пластине, или радиус, при условии, что рыба по своей геометрической форме приближается к цилиндру, м (определяется экспериментально измерением данного параметра).

На основе анализа экспериментальных данных сделать вывод об эффективности различных способов замораживания, о факторах, влияющих на продолжительность и скорость замораживания. Оценить точность примененных в работе методик расчета продолжительности замораживания.