2 Холодильная технология

Холодильная технология — отрасль знаний и практической деятельности, которые направлены на сохранение сырья и продовольственных продуктов, а также при их промышленном производстве с помощью холода.

Холодильная технология как наука

- изучает влияние холодильной обработки и хранения на продовольственные продукты и определяет оптимальные условия проведения технологических процессов (охлаждение, замораживание, хранение и др.) с учетом особенностей продуктов и свойственных им изменений;

- разрабатывает научно обоснованные методы снижения потерь массы продуктов при их холодильной обработке и хранении;

- совершенствует и создает новые технологии холодильной обработки и хранения совместно с другими методами консервирования, позволяющими минимизировать изменения свойств и потери массы продуктов.

Состав и основные свойства пищевых продуктов

Пищевые продукты животного и растительного происхождения представляют собой многокомпонентные системы, включающие в себя белки, жиры, углеводы, макро- и микроэлементы, витамины, воду.

Белки. Одним из основных компонентов пищевых продуктов и сырья являются белки. Они используются организмом для построения структурных элементов клеток и тканей, синтеза ферментов—биологических катализаторов и гормонов, регулирующих обменные процессы. Основное значение имеет содержание в белке незаменимых аминокислот. Белок считается полноценным, если в его состав входят в оптимальных соотношениях все незаменимые аминокислоты (валин, изолейцин, лейцин, лизин, метионин, треонин, триптофан, фенилаланин). По сравнению с белками животного происхождения растительные белки содержат меньше незаменимых аминокислот и труднее перерабатываются организмом человека. Средняя потребность взрослого человека в белке составляет 80...100г в сутки, при этом 55% от этого количества должно быть белками животного происхождения.

Жиры. Обязательным компонентом пищевого рациона человека являются жиры. Значение жиров в питании определяется их высокой энергетической ценностью, превосходящей энергетическую ценность белков и углеводов более чем в два раза, а также содер­жанием в них полиненасыщенных жирных кислот (линоленовая, арахидоновая), которые относятся к незаменимым компонентам пищи. Кроме того, жиры, растворяя витамины А, Е, D, К, способствуют их усвоению организмом. Поступающие с жирами фосфатиды, стерины и другие компоненты участвуют в создании структурных элементов клетки и синтезе биологически важных соединений.

Среднесуточная потребность взрослого человека в жирах составляет 80... 100г (около 33% энергетической ценности рациона), в том числе на долю растительного жира дол­жно приходиться 25...30%.

Углеводы. Значение углеводов в питании определяется их энергетической ценностью, участием в синтезе структурных элементов клетки. Некоторые углеводы выполняют специфические функции. Они влияют на деятельность желудочно-кишечного тракта, способствуют снижению содержания вредных веществ в организме. В наибольших количествах углеводы входят в состав продуктов растительного происхождения. Суточная потребность взрослого человека в углеводах составляет 400...500 г.

Минеральные вещества. В зависимости от концентрации минеральные вещества делятся на макроэлементы (кальций, фосфор, натрий, калий, магний, хлор, сера, кремний) и микроэлементы (железо, йод, медь, цинк, кобальт, молибден, хром, никель, фтор и др.). Минеральные вещества содержатся в пищевых продуктах в виде органических и неорганических соединений. Они участвуют в построении тканей, в синтезе специфических белков, ферментов, гормонов, в создании требуемого ионного состава среды организма.

Овощи и плоды являются источником различных минеральных солей, в том числе калия и железа. В состав фруктов и овощей входят различные витамины. Растительная пища—основной источник витамина С (аскорбиновой кислоты). Содержание витамина С в съедобной части овощей, фруктов и ягод широко варьируется (5... 250 мг на 100 г) и меняется при созревании плодов и овощей и их хранении. Вода входит в состав всех биологических материалов и является важнейшим компонентом среды обитания животного и растительного мира. Свойства воды меняются в зависимости от происхождения (дождевая, ледниковая, речная и т. п.), географического места взятия пробы, температуры и давления, наличия растворенных солей и прочих веществ, объекта, в состав которого она входит, и его влагосодержания. Вода является одним из немногих веществ, которые при замораживании расширяются, ее плотность максимальная при температуре +4° С.

Благодаря лабильным водородным связям становится возможным осуществление различных биомолекулярных процессов, характерных для объектов биологического происхождения.

К наиболее важным теплофизическим свойствам пищевых продуктов относят удельную теплоемкость, теплопроводность, температуропроводность, удельную энтальпию, криоскопическую температуру, плотность.

Удельной теплоемкостью (с, кДж/(кг∙К)) является количество энергии (теплоты), которое необходимо подвести к 1кг вещества, чтобы изменить его температуру на один градус.

Продукты условно считаются двухкомпонентными системами, состоящими из воды и сухих веществ. Если известны состав продуктов питания и удельная теплоемкость этих компонентов, то удельную теплоемкость продукта можно определить по закону аддитивности:

, кДж/(кг∙К),

где с - удельная теплоемкость продукта, кДж/(кг∙К);

W- массовая доля воды (влагосодержание) продукта;

ω - массовая доля вымороженной воды;

с_св - удельная теплоемкость сухих веществ, кДж/(кг∙К);

с_л - удельная теплоемкость льда, кДж/(кг∙К);

с_ω - удельная теплоемкость воды, кДж/(кг∙К);

Удельная теплоемкость сухих веществ продуктов животного происхождения составляет 1,34…1,68 кДж/(кг∙К), растительных —0,7…1,96 кДж/(кг∙K).

Чем больше влаги в продукте, тем выше теплоемкость. Изменение удельной теплоемкости продуктов в интервале температур замораживания определяется в основном начальным влагосодержанием продукта и количеством вымороженной воды. Теплоемкость убывает с понижением температуры, стремясь к нулю при абсолютном нуле температуры .

Коэффициент теплопроводности (λ, Вт/(м∙К)) - количество теплоты, которое проходит через единицу толщины однородного вещества за единицу времени при градиенте температуры в один градус:

λ_ω -.коэффициент теплопроводности воды, равный 0,60 Вт/(м∙К);

λ_св - коэффициент теплопроводности сухих веществ, равный 0,26 Вт/(м∙К).

Теплопроводность продуктов с понижением температуры остается практически постоянной до начала замерзания, а затем увеличивается, так как коэффициент теплопроводности льда в четыре раза больше, чем воды.

Коэффициент температуропроводности (а, м²/с), характеризует скорость перемещения температурного фронта в теле продукта при тепловой или холодильной обработке:

, м²/с,

где a - коэффициент температуропроводности продукта, м²/с;

λ - коэффициент теплопроводности продукта, Вт/(м∙К);

с - удельная теплоемкость продукта, кДж/(кг∙К);

ρ - плотность продукта, кг/м³.

При положительных температурах температуропроводность продукта практически неизменна, но с началом льдообразования она резко уменьшается. Это вызвано выделением теплоты кристаллизации. При дальнейшем понижении температуры вследствие роста теплопроводности и уменьшения теплоемкости температуропроводность увеличивается и достигает постоянного значения, когда вода полностью переходит в лед.

Энтальпия (i, кДж/кг) или теплосодержание. Она является функцией состояния термодинамической системы. Энтальпию продовольственных продуктов в холодильной технологии применяют для определения отведенной или подведенной теплоты при холодильной обработке продуктов.

Криоскопической температурой (t_кр, ^оС) является температура, при которой начинается кристаллообразование в продукте. В большинстве продуктов криоскопическая температура t_кр=-0,5…-5°С. Более низкое значение температуры соответствует продуктам с меньшим содержанием воды.

Плотность (ρ, кг/м³) показывает какая масса продукта находится в одном кубическом метре его объема. Плотность большинства скоропортящихся продуктов составляет около 1000 кг/м³.

При замораживании плотность продукта уменьшается (на 5…8%), т.к. вода в тканях, превратившись в лед, увеличивается в объеме.

Удельная теплоемкость (с) пищевых продуктов колеблется в пределах от 0,5 до 0,98 ккал/(кг∙град). Чем больше влаги в продукте, тем выше теплоемкость. Например, теплоемкость растительного масла равна 0,5 ккал/(кг∙град), а для овощей — 0,98 ккал/(кг∙град).

Пищевые продукты имеют в основном небольшую теплопроводность. Поэтому они охлаждаются относительно медленно.

Вопросы для самопроверки

1 Основные теплофизические характеристики пищевых продуктов.

2 Как изменяются теплофизические характеристики пищевых продуктов при понижении температуры?

3 Вода, особенности её состояния в пищевых продуктах при понижении температуры.

4 Понятие о криоскопической температуре.