Раздел 6.

Холодильное оборудование объектов общественного питания

Тема 6.1. Процессы и способы охлаждения

Наиболее полно сохранить первоначальные свойства скоропортящихся пищевых продуктов (запах, вкус, цвет и т.п.) помогает применение низких температур при их хранении.

Надлежащая организация хранения запасов продуктов на предприятиях общественного питания является необходимым условием для достижения высокой рентабельности его работы. Мясо, рыба, яйца, жиры, молоко и изделия из них являются скоропортящимися продуктами питания человека. Они обладают высокой пищевой ценностью и являются основой для получения высококачественных кулинарных изделий. Однако в обычных условиях ценные пищевые продукты подвергаются порче и становятся непригодными к употреблению в пищу. При плюсовых температурах под влиянием микроорганизмов и нежелательных ферментативных процессов происходит расщепление белков с образованием токсичных соединений, гидролиз жиров и ряд других изменений, обусловливающих порчу продуктов. Воздействие не продукты низких температур, т.е. охлаждение их или замораживание, является одним из самых распространенных методов консервирования и является наиболее общим для многих отраслях пищевой промышленности.

Длительность хранения скоропортящихся продуктов и их потери зависят от степени понижения температуры и среды, в которой продукты хранятся, при этом различают два основных способа: охлаждение и замораживание.

Охлаждение. Основным фактором при охлаждении, влияющим на увеличение стойкости продукта является температура близкая к 0 ⁰С (криоскопическая), обусловливающая замедление развития процессов распада, протекающих в охлаждаемых пищевых продуктах.

Условия хранения охлаждаемых продуктов зависят от их специфических свойств. Для продуктов растительного происхождения рекомендуется температура хранения около 2 ⁰С, для продуктов животного происхождения – 0 ⁰С. При хранении охлажденных продуктов кроме температуры среды большое значение имеют и такие параметры режимов хранения как относительная влажность и скорость циркуляции воздуха.

Пищевые продукты в охлажденном состоянии можно хранить до 20 дней. Удлинение сроков хранения охлажденных продуктов возможно посредством применения антибиотиков, ультрафиолетового облучения и озонирования камер хранения. В последние годы успешно применяется метод хранения плодов в условиях газовой среды с повышенным содержанием азота, углекислого газа и пониженным содержанием кислорода.

На предприятиях общественного питания скоропортящиеся продукты хранятся в камерах стационарных холодильников или в обычном торговом холодильном оборудовании не более 5…6 суток при температуре от –3 до 5 ⁰С.

Замораживание. Эффект замораживания достигается при температуре –20… -30 ⁰С, при которых затормаживается развитие микроорганизмов и не проявляется активность большинства тканевых ферментов, при этом имеет место обезвоживание продукта в результате фазового превращения воды в лед.

Стойкость замороженных продуктов при хранении значительно выше стойкости тех же продуктов, хранящихся в охлажденном состоянии.

Для холодильного консервирования пищевых продуктов применяют два метода: замораживание в условиях частичного подсушивания и сушку в замороженном состоянии, так называемую сублимационную сушку — лиофилизацию. Сублимационная сушка получила промышленное применение в США, Англии, Канаде, Новой Зеландии, Швеции, Германии и Голландии (в США методом сублимационной сушки консервируется ежегодно больше 100 тысяч тонн продуктов).

На предприятиях общественного питания в нашей стране замороженные кулинарные изделия хранят в низкотемпературных холодильных камерах или прилавках в течении 15 суток при температуре не выше –15 ⁰С.

Потери пищевых продуктов на отдельных этапах производства и реализации из-за недостаточности обеспечения холодильным оборудованием могут составлять от 20 до 30%.

Способы получения холода.

Под охлаждением понимается процесс отвода теплоты от охлаждаемого объекта в окружающую среду при разнице температур между объектом и средой. Такое охлаждение называется естественным и с его помощью температуру объекта можно понизить только до температуры окружающей среды.

Охлаждение объекта (пищевых продуктов) до температуры ниже температуры окружающей среды называется искусственным.

Процессы испарения, кипения, плавления, таяния и сублимации являются основой современных промышленных способов охлаждения и сопровождаются поглощением теплоты из окружающей среды.

Так, например, при таянии льда и снега в небольшом помещении можно понизить в нем температуру до 0 ⁰С или поддерживать ее на уровне 5…8 ⁰С.

Для получения более низких температур применяется смесь льда и снега с различными солями. При увеличении содержания соли в смеси температура таяния понижается: при содержании в смеси 23,1 % поваренной соли температура таяния понижается до –21,2 ⁰С.

Известны следующие способы льдосоляного охлаждения: непосредственно смесью, рассолом и воздухом. Наибольшее распространение получил способ, при котором льдосоляная смесь загружается в специальные металлические ящики или перфорированные емкости, установленные непосредственно в камерах с продуктами.

Возможно также охлаждение продуктов с помощью углекислоты, которая находится в твердом состоянии (сухой лед): в процессе сублимации лед переходит из твердого состояния в газообразное минуя жидкую фазу имеет при этом температуру –78,9 ⁰С.

Наибольшее распространение для создания низких температур получил машинный способ, основанный на кипении определенных жидких веществ (агентов, хладоносителей) при низких температурах в условиях пониженного давления при постоянном отсасывании компрессором паров этого рабочего тела. Кипение сопровождается поглощением теплоты из окружающей среды и как следствие, понижением ее температуры и всего того, что расположено в этой среде, в частности, пищевых продуктов.

Холодильные агенты и хладоносители.

Характеристика холодильных агентов и хладоносителей. В паровых компрессионных машинах в качестве холодильных агентов (рабочих тел) используется легкокипящие жидкости, обладающие низкой температурой кипения при нормальном (атмосферном) давлении. В результате кипения холодильных агентов (хладонов) при низких температурах теплота отводится от пищевых продуктов и отдается окружающей среде в момент конденсации паров холодильных агентов, т.е. с помощью холодильного агента (рабочего тела) совершается определенный термодинамический процесс или цикл.

К холодильным агентам применяются специальные требования: термодинамические и физико-химические. К термодинамическим требованиям относятся температура кипения и давления, температура замерзания, критическая температура и объемная холодопроизводительность. К физико-химическим свойствам холодильных агентов относятся плотность хладона и его вязкость (они должны быть высокими), растворимость в воде (во избежание образования ледяных пробок), химическая активность, взрывобезопасность, токсичность и стоимость.

В системах кондиционирования воздуха для получения температур не ниже +3 ⁰С в качестве охлаждающей среды применяется вода; для производства “сухого” льда используется углекислота.

Аммиак — газ бесцветный с резким запахом, температура кипения при атмосферном давлении равна –33,4 ⁰С, хорошо растворяется в воде и очень плохо — в масле. Аммиак широко применяется в поршневых холодильниках машинах и турбокомпрессорах для получения температур до –70 ⁰С при давлении до 1,3 МПа и температуре конденсата до +50 ⁰С.

Аммиак неограниченно растворяет воду. К недостаткам аммиака следует отнести ядовитость, горючесть и взрывоопасность при концентрации его в воздухе в пределах 16,0…26,8 %.

Хладоны ранее называли фреонами. Они химически инертны, мало- или невзрывоопасны и почти не растворяют воду. Хладоны – галоидопроизводные предельных углеводородов, получаемые путем замены атомов водорода в насыщенном углеводороде С_nH_2n+2 атомами фтора, хлора, брома (С_nH_2n , F_у , Cl_zBr_u), при этом числе молекул отдельных составляющих, входящих в химические соединения хладонов, связаны зависимостью x + y +z + u = 2n + 2.

Холодильный агент обозначается R-N, где R – символ, указывающий холодильный агент, а N – номер хладона или присвоенный номер для других холодильных агентов.

Для хладонов номер расшифровывается следующим образом. Первая цифра в двухзначном номере или первые две цифры в трехзначном номере обозначают насыщенный углеводород С_nH_2n+2 на базе которого получен хладон. Цифры в номере обозначают следующее:

1 – СН₄ (метан);

2 – С₂Н₆ (этан);

3 – С₃Н₈ (пропан);

4 – С₄Н₁₀(бутан);

при этом справа указывается число атомов фтора в хладоне:

СFC₁₃ – R11, CF₂Cl₂ – R12, C₃F₄Cl₄ – R214, CCl₄ – R10.

При наличии в хладоне незамещенных атомов водорода их добавляют к числу десятков номера:

СHFCl₂ – R21, CHF₂Cl –R22. При наличии в хладоне атомов брома после основного номера пишут букву В, а за ней число атомов брома:CF₂Br₂ – R12B2.

В качестве рабочих тел могут использоваться азеотропные смеси, составляемые из двух холодильных агентов. Например, азеотропную смесь, состоящую из 48,8 % R22 по массе и 51,2 R115 (C₂F₅Cl), называют хладоном R502, его температура кипения при давлении 0,1 МПа составляет – 45,6 ⁰С.

В обозначениях смесей холодильных агентов указывают названия составляющих и их массовые доли. Хладон 502 можно обозначить как R22/ R115 (48,8/51,2).

Цифрами, начиная с 500, обозначают азеотропные смеси, процентный состав которых в процессе кипения и конденсации практически не изменяется.

Холодильным агентом неорганического происхождения (аммиак) присваивают номера, равные их молекулярной массе, увеличенной на 700, т.е. R717 (аммиак).

Аммиак (R717), хладоны (фреоны) R12 и R22 используют в компрессионных холодильных машинах для получения температур кипения – 30…40 ⁰С без вакуума в системе охлаждения.

Фреон R12 применяют в одноступенчатых холодильных машинах с температурой не более 75 ⁰С и температуре кипения – 30 ⁰С, в бытовых холодильниках, кондиционерах и водоохлаждающих холодильных машинах.

Фреон R12 применяют в одноступенчатых холодильных машинах с температурой конденсации не более 75 ⁰С и температуре кипения не ниже 30⁰С, в бытовых холодильниках, кондиционерах и водоохлаждающих холодильных машинах.

Фреон R22 используют в машинах с поршневыми и винтовыми компрессорами одно двухступенчатого сжатия, а также в бытовых холодильных машинах при температуре кипения от 10 ⁰С до - 70 ⁰С и температуре конденсации не выше 50 ⁰С.

Холодильный агент R502 применяют в низкотемпературных одноступенчатых холодильных машинах при температуре конденсации до 50⁰С и температуре кипения - 45 ⁰С.

Однако хладоны R12, R22 и др., получившие широкое применение в конце 40-х годов XX столетия активно разрушают защитный озоновый слой Земли.

Поэтому Международной конвенцией в Вене в 1985 г. было принято решение о прекращении к 2000 г. производства и использования озоноопасных хладонов R11, R12, R113, R114 и R115. Хладагенты R22, R123, R124, R141, и R142 разрешены в качестве переходных и замене запрещенных до 2040 г.

Взамен вышеперечисленных хладонов выпускаются гидрофторуглероды (ГФУ) и гидрохлорфторуглероды (ГХФУ), которые благодаря содержанию в них водорода разлагаются гораздо быстрее, чем хлорфторуглероды, в нижних слоя атмосферы, не достигая озонового слоя. В настоящее время в России освоен выпуск хладона R134а. Он может полностью заменить фреон R12. Американская фирма «Дюпон» выпускает озонобезопасные хладоны под торговой маркой «СУВА» - хладагент НР62 (R404а), гидрофторуглерод R134а(СH₂FCF₃) и др.

Выпускаемые Новолинецким заводом холодильники и морозильники «Стинол», например, заправляются преимущественно R134а. Озонобезопасным и экологически чистым хладоном R134а заправляются и холодильники МХМ-268 и МХМ-2706 производства ЗАО «Атлант».

Вместо хладагента R22 применяются R407С и R290. Холодильный агент R407С представляет собой смесь R32/125/134а в соотношениях 23/25/52 %. Хладон 502 может быть заменен на R125 (СНF2CF3), имеющий температуру кипения – 48,5 ⁰С. Для низкотемпературных (каскадных) машин можно рекомендовать озонобезопасный R23.

Однако необходимо отметить, что новые озонобезопасные хладоны имеют в целом более низкие удельные показатели по сравнению с традиционными R12 и R22: снижается удельная холодопроизводительность установки, уменьшается холодильный коэффициент, увеличивается соотношение давлений конденсации и кипения (в пределах 8…12 %).

Фреон R12 —тяжелый ( в 3…3,5 раза тяжелее воздуха) бесцветный газ со слабым запахом. Температура кипения при нормальном давлении – 29,8 ⁰С; работает при давлениях в конденсаторе не более 1,2 МПа.

Плотность паров фреона 12 в пять-шесть раз больше, чем аммиака, что отрицательно сказывается на гидравлическом сопротивлении и потери давления в цикле.

Фреон R12 хорошо растворяет масло, которое легко уносится из компрессора. Для возврата масла из испарителя в компрессор подачу жидкого фреона в испаритель осуществляется сверху, а пары отсасывают снизу.

Фреон R12 плохо растворяет воду, поэтому во избежание образования ледяной пробки количество влаги не должно превышать 0,0025%. Фреон R12 нейтрален ко всем металлам, но растворяет резину: необходимо применять по этой причине специальную фреоно – маслостойкую резину. Фреон R12 способен проникать через малейшие неплотности в местах соединений и поры металла, поэтому герметичности фреоновых холодильных машин уделяется особое внимание.

Объемная холодопроизводительность фреона R12 меньше, чем аммиака. Жидкий фреон не проводит электрический ток, он безвреден для организма человека и пищевых продуктов, не взрывоопасен и не горюч, но при открытом пламени разлагается с выделением ядовитого газа фосгена. Фреон R12 дороже чем аммиак. Он применяется в мелких, средних и крупных поршневых холодильных машинах, в компрессионных домашних холодильниках.

Фреон R22 — бесцветный газ, по термодинамическим свойствам близкий к аммиаку, а по физиологическим параметрам — к фреону R12. При замене фреона R12 фреоном R22 холодопроизводительность компрессора при том же температурном режиме увеличивается на 60% а удельный расход электроэнергии уменьшается на 6% из-за меньших дроссельных потерь в компрессоре.

Коэффициент теплоотдачи фреона R22 на 30% выше, чем фреона R12. фреон R22 не взрывоопасен и не горюч, вода в нем растворяется слабо, но в восемь раз больше чем фреона R12. температура кипения фреона R22 при нормальном давлении –40,3 ⁰С, давление в конденсаторе 1,19 МПа, температура замерзания –160 ⁰С.

Фреон R22 нашел широкое применение в низкотемпературных холодильных машинах и установках кондиционирования воздуха.

В последние годы в холодильной технике стали применяться азеотропные смеси хладонов группы фреонов, которые по своим свойствам отличаются от входящих в них компонентов (смесь: 74,2% — фреон R12 и 25,8% — фреон R152) и наметилась тенденция на расширении использования и аммиака, не влияющего отрицательно на окружающую среду: заводы осваивают конструкции средних и мелких аммиачных компрессоров и холодильного оборудования на их основе.

Хладоносители — это вещества, которые отбирают от охлаждаемого объекта и отдают его хладону в испарителе. В качестве самого дешевого и доступного хладоносителя (он же промежуточный теплоноситель) применяется вода.

Вода имеет большую теплоемкость при высокой температуре замерзания. По этой причине как хладоноситель применяется в основном в установках кондиционирования воздуха. Для получения температур ниже 0 ⁰С в качестве теплоносителей применяют водные растворы солей хлористого натрия (NaCl) и хлористого кальция (CaCl₂). Такие растворы называются рассолами. Их температура затвердевания должна бать на 8 ⁰С ниже температуры кипения хладона.

В качестве теплоносителя применяется также фреон 30 (CH₂Cl₂), свойства которого близки ко всем фреоном.

Хладоносители подразделяются на жидкие и твердые. К жидким относятся водные растворы солей – рассолы и однокомпонентные вещества, замерзающие при низких температурах (этиленгликоль, кремнийорганическая жидкость). Наибольшее применение получили водные расворы солей NaCl, MgCl, CaCl, температура замерзания которых зависит от конденсации рассола. Для уменьшения коррозирующего действия рассолов на металлические части оборудования в них добавляют пассиваторы: силикат натрия, хромовую соль, фосфорные кислоты и т.п. Этиленгликоль – жидкость без цвета и запаха. При концентрации до 70 % по объему в воде этиленгликоль может иметь температуру замерзания до – 67,2 ⁰С.

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

Заметим, что для NaCl криогидратная точка – 21,2 ⁰С, для MgCl – 33,6 ⁰С, СаCl – 55 ⁰С. Криогидратная точка определяет концентрацию и температуру рассола, при которой он замерзает в виде однородной смеси обоих компонентов.

Холодильные агенты на заводах – изготовителях разливают в стальные баллоны с герметичными вентилями и предохранительными клапанами. Баллоны для фреона окрашивают в серебристый цвет. Емкость баллонов — от 5 до 50 литров (8,7…64,0 кг.). на горловину баллона ставят клеймо с указанием номера, массы баллона, даты изготовления и химической формулы агента.

Все баллоны надлежат проверке и гидравлическим испытаниям не реже одного раза в пять лет, о чем на баллоне ставят клеймо. На дальние расстояния баллоны перевозят железнодорожным транспортом.

Не допускается облучение баллонов прямыми солнечными лучами, в хранилищах для баллонов не должно быть источников теплоты.

Холодильники для пищевых продуктов. Классификация холодильников и торгового оборудования.

Холодильник – специально оборудованное промышленное помещение, снабженное компрессорной холодильной установкой, обеспечивающей в помещении температурно-влажностный режим, соответствующий технологическим нормам хранения или производства пищевых продуктов.

В отличие от отапливаемых зданий в помещениях холодильников поддерживается пониженная температура воздуха в пределах от 12 до –30^оС при повышенной влажности воздуха 80…95%.

Холодильные помещения не имеют окон, оснащаются высокоэффективной тепловой изоляцией кровли, стен, наружных и внутренних ограждений, дверей и снабжаются оборудованием для охлаждения воздушного объема и устройствами, исключающими промерзание грунта под основанием здания.

По назначению холодильники подразделяются на следующие типы:

• производственные;

• для хранения овощей и фруктов, включая заготовительные;

• распределительные;

• продовольственных баз;

• портовые (транспортно-экспедиционные);

• перевалочные;

• предприятий розничной торговли и общественного питания;

• смешанного назначения;

Холодильники предприятий розничной торговли и общественного питания предназначены для краткосрочного хранения запасов продуктов, которые реализуются предприятиями в течение нескольких дней.

Производственные холодильники входят в состав пищевых предприятий: мясокомбинатов, рыбозаводов, молочных и консервных заводов, фабрик мороженного и т.п.

Они предназначены для охлаждения, замораживания и хранения сырья и готовой продукции.

Холодильники для хранения овощей и фруктов входят в состав плодоовощных и продовольственных баз или являются самостоятельными предприятиями.

Холодильники продовольственных баз обслуживают торговую сеть небольших городов, получая продукты с распределительных и производственных холодильников.

Производственные и портовые холодильники в крупных городах осуществляют функции распределительных. Холодильники смешанного типа выполняют одновременно несколько функций.

По грузовместимости холодильники подразделяются на малые (до 500т.), средние (до 5000т.) и крупные (свыше 5000т.).

Длительное хранение запасов различных пищевых продуктов до их реализации в торговой сети и на предприятиях общественного питания осуществляется на стационарных распределительных холодильниках различной вместимости.

Для сохранения пищевых продуктов в зданиях предприятий торговли и общественного питания сооружают небольшие холодильники (объемом камеры до 300м³), имеющие несколько (2…5) холодильных камер: для мяса, рыбы, овощей, фруктов и т.п., в которых с помощью хладоновых холодильных агрегатов поддерживается соответствующий температурно-влажностный режим: в камерах для хранения мяса 0^оС; рыба -2^оС; жиров, молока, яиц, молочных продуктов 1…3^оС; фруктов, ягод и овощей 4…6^оС; замороженных продуктов -15^оС при относительной влажности 80…90%.

Торговое холодильное оборудование классифицируют по ряду признаков. В зависимости от температуры воздуха в охладительном отсеке различают оборудование:

• высокотемпературное, предназначенное для хранения, демонстрации и продажи напитков и продуктов из тары – оборудования при температуре 4…12^оС;

• среднетемпературное, предназначенное для хранения, демонстрации и продажи охлажденных продуктов при температуре 0…8^оС;

• низкотемпературное, предназначенное для хранения, демонстрации и продажи замороженных продуктов при температуре не выше -18^оС;

• комбинированное, включающее в себя средне- и низкотемпературные отделения.

По конструктивному решению торговое холодильное оборудование подразделяется на закрытое (доступ к продуктам осуществляется через дверки или раздвижные створки); открытое (доступ к продуктам осуществляется через открытый проем); специализированное с контейнерной загрузкой.

Торговое холодильное оборудование может быть изготовлено в двух исполнениях: обычное климатическое и южное. Первое должно быть работоспособным при температуре окружающего воздуха 12…32 ^оС, если оно закрытое, и 12…25 ^оС, если открытое; а второе – при 12…40 ^оС.

По расположению холодильного агрегата различают оборудование со встроенным в корпус агрегатом и вынесенным, при этом у некоторых видах оборудования (шкаф, сборная камера и т.п.) холодильный агрегат может располагаться в верхней или нижней части корпуса. Встречаются в оборудовании герметичные холодильные агрегаты с поршневыми и ротационными компрессорами и воздушным конденсатором.

Торговое холодильное оборудование большой вместимости и комплекты, составленные из нескольких единиц оборудования, оснащаются вынесенными холодильными агрегатами с сальниковыми и бессальниковыми компрессорами, охлаждаемыми воздухом или водой.

К технико-экономическим показателям торгового холодильного оборудования относятся:

• температура воздуха в охлаждаемом объеме;

• внутренний объем;

• габаритные размеры;

• масса;

• коэффициент теплопередачи теплоизоляционного ограждения;

• коэффициент рабочего времени компрессора;

• уровень звуковой мощности (не более 69 дБ);

• потребление энергии за сутки и др.

Условное обозначение торгового оборудования:

• первые буквы указывают на вид оборудования (К – камера; Ш - шкаф; П - прилавок; В - витрина; ПВ – прилавок-витрина; С – стол); Х – холодильное оборудование;

• последняя буква обозначает тип оборудования по температурному режиму (В - высокотемпературное; С – среднетемпературное и Н – низкотемпературное);

• цифра после первого дефиса указывает на расположение холодильного агрегата (1 – агрегат встроен; 2 - вынесен);

• цифры после второго дефиса обозначают номинальный внутренний объем в м³;

• буква Ю, следующая за цифрами, свидетельствует о том, что оборудование предназначено для работы в южных районах.

Например, КХС-2-6, расшифровывается так: камера холодильная, среднетемпературная с вынесенным холодильным агрегатом, с внутренним объемом 6м³.