Основные процессы холодильной обработки пищевых продуктов и сырья Охлаждение

Охлаждение — процесс понижения температуры объекта до заданной температуры, но не ниже криоскопической. Благодаря охлаждению задерживаются биохимические процессы и развитие микроорганизмов.

Основная задача охлаждения заключается в создании неблагоприятных условий для развития ферментативных и микробиальных процессов в пищевых продуктах.

Целью охлаждения является сохранение требуемого качества продукта в течение определенного времени.

Каждый способ охлаждения оценивают по совокупности признаков, среди которых первостепенное значение имеют качество продукта и экономичность способа охлаждения.

Используемые способы охлаждения можно объединить в следующие группы:

- охлаждение в воздушной среде (или в среде инертных газов);

• охлаждение с использованием некипящих жидкостей;

• охлаждение с использованием тающего льда или снега;

- охлаждение при контакте с твердыми поверхностями (чаще всего используется для охлаждения жидких продуктов, например, соков, молока и др.).

Данные способы различаются по величине коэффициентов теплоотдачи на поверхности охлаждаемого продукта. На практике пищевые продукты чаще всего охлаждают в воздухе.

Охлаждение в воздухе. Основными параметрами режимов температура, средняя скорость движения и относительная влажность воздуха.

На скорость охлаждения влияет ряд факторов: размеры продукта; величина его поверхности; масса продукта; удельная теплоемкость; начальная температура продукта; конечная температура продукта и мно­гие другие.

Охлаждение пищевых продуктов в воздухе сопровождается испа­рением влаги с поверхности и выделением внутреннего тепла за счет биологических процессов. Таким образом, охлаждение является ком­плексным процессом тепло- и массообмена.

Поле относительной влажности воздуха в камерах охлаждения неравномерно.

Если поверхность охлаждаемого тела влажная, то воздух около нее находится в состоянии насыщения при температуре тела, а у поверхности охлаждающих приборов он находится в состоянии насыщения 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 ее конденсации из воздуха на поверхности охлаждающих приборов.

По мере увеличения скорости движения воздуха в камере уменьшается неравномерность поля относительной влажности и температуры.

Тепловой расчет процесса охлаждения

В задачу теплового расчета входит определение продолжительнос­ти охлаждения продуктов и количества теплоты, отводимой от них в процессе охлаждения.

Продолжительность охлаждения является основой для расчета количества теплоты, отводимой от продуктов в процессе охлаждения, оценки эффективности работы холодильной камеры, оборудования и др. Она зависит от вида и параметров охлаждающей среды, размеров и теплофизических характеристик охлаждаемых продуктов. Наибольшей продолжительностью характеризуются процессы охлаждения продуктов в воздушной среде, наименьшей — вакуумного охлаждения.

Продолжительность охлаждения продуктов, имеющих правильную геометрическую форму или близкую к ней, определяют, пользуясь номограммами. Они отражают графическую зависимость безразмерной температуры (Ө) от критериев Фурье (Fo) и Био (Bi) для середины пластины, оси циллиндра и центра шара.

Безразмерная температура:

где t, t_н — соответственно текущая и начальная температура продукта, °С; t_c— температура охлаждающей среды, °С

Критерий Био, характеризующий эффективность теплообмена по­верхности продукта с охлаждающей средой, рассчитывается по уравне­нию:

,

где α — коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности продукта к охлаждающей среде, Вт/(м²∙К);

l — половина толщины продукта, м;

λ — коэффициент теплопроводности продукта, Вт/(м∙К).

Коэффициент теплопроводности продукта определяют по таблице (см. табл. 3.2), а коэффициент теплоотдачи — из критериальных зависимостей теплообмена при вынужденном и естественном движении охлаждающей среды у поверхности продукта.

Приближенно коэффициент теплоотдачи от продукта к воздуху находят из зависимости Юргенса:

, Вт/(м²∙К),

где — скорость движения воздуха у поверхности продукта, м/с.

Коэффициент теплоотдачи от продукта к жидкой среде в приближенных расчетах при естественной конвекции можно принять α_к=200-230 Вт/(м²∙К), при скорости движения жидкости 0,5 м/с соответственно α_к=1000 Вт/(м²∙К).