137) Как определяют конечную температуру замороженного продукта и отчего она зависит
При замораживании температурное поле продукта остается неравномерным до конца процесса. Выполняя тепловые расчеты замораживания, нужно знать характеристики состояния продукта в конце замораживания. Обычно для этого усредняют температуры в различных точках замороженного тела и вводят понятие о средней конечной температуре замораживания.
Средней конечной называют температуру, характеризующую состояние замороженного продукта, помещенного в камеру хранения, когда наружного теплообмена практически нет (температура на поверхности тела близка к температуре воздуха в камере), а внутренний теплообмен между различными слоями продукта происходит довольно интенсивно из-за возросшей температуропроводности тела (происходит выравнивание температуры по всему объему продукта). Средняя конечная температура тела практически равна средней арифметической между конечными температурами продукта на поверхности и в центре (в последнем случае она не должна превышать -8 °С). Конечная температура на поверхности тела зависит от размеров и теплофизических свойств продукта, а также от температуры теплоотводящей среды и коэффициента теплоотдачи.
Среднюю конечную температуру продукта рассчитывают по формулам, полученным И.Г. Алямовским:
для пластины
для цилиндра
для шара
где tц и tп – соответственно температура в центре и на поверхности тела, °С.
Для соблюдения постоянного температурного режима в камере хранения при внесении в нее продуктов сразу после замораживания, а также для предотвращения домораживания продуктов необходимо, чтобы средняя конечная температура продукта после замораживания была равна температуре воздуха в камере хранения.
Если средняя конечная температура продукта отличается от температуры в камере хранения, в которую его поместят, то температурный режим охлаждаемого помещения может нарушиться. Конечную температуру замораживания в центре тела рассчитывают, принимая среднюю конечную температуру равной температуре воздуха в камере хранения:
где: tc – температура теплоотводящей среды, °С;
где а – коэффициент теплоотдачи при замораживании, Вт/(м2 ∙К); l – минимальное расстояние от поверхности продукта до центра, м; λм – коэффициент теплопроводности продукта при средней конечной температуре замораживания, Вт/(м∙К).
139) Чем определяется место образования кристаллов льда в тканях продуктов их размеры и форма
При медленном замораживании сначала образуются кристаллы льда из внеклеточного тканевого сока относительно невысокой концентрации. Повышенное давление паранад переохлажденной, но еще не затвердевшей жидкостью внутри клетки вызывает диффузию водяного пара через стенки клеток, что приводит к образованию крупных кристаллов льда, травмирующих ткани, медленное замораживание приводит к полной потере свободной воды внутри клеток (процесс криоосмоса или криоконцентрации). В замороженной таким образом ткани внутри клеток, потерявших упругость, находится незамерзший раствор, а весь образовавшийся лед — вне клеток. При этом количество поврежденных клеток превышает 70%.
При быстром замораживании образуются мелкие кристаллы льда, которые равномерно распределены по всей толще замораживаемого продукта. Воды почти без перемещения переходит в лед по месту ее нахождения до замораживания. При этом травмирующее действие кристаллов на клетки и ткани минимально.
При ультрабыстром замораживании 90% всех кристаллов льда формируется внутри клеток при минимальном повреждении ткани. Существует несколько теорий, объясняющих механизм повреждения клеток и тканей при замораживании различными повреждающими факторами:
механический — из-за давления образующихся кристаллов льда
на строение тканей;
осмотический — вследствие чрезмерной дегидратации клеток; химический — за счет гиперконцентрации солей как вне, так и
внутри клеток.
Все эти факторы являются результатом кристаллизации воды и
перехода ее в лед.
В последнее время наибольшее распространение получили две теории — механическая и солевой денатурации. Механическая теория утверждает, что разрушение клеток вызывается механическим действием кристаллов льда, особенно внутриклеточных.
При медленном замораживании процесс кристаллообразования начинается при определенной температуре (ниже криоскопической) прежде всего в межклеточных и межволоконных пространствах, имеющих более высокую криоскопическую точку из-за меньшей концентрации солей и органических веществ и слабее связанных водой с гидрофильными коллоидами продукта.
Появление кристаллов льда приводит к увеличению концентрации веществ в слое раствора, прилегающем к поверхности кристалла. Вследствие разности концентраций раствора внутри и вне клеток возникают отток влаги из волокон и клеток и намораживание ее на поверхности кристаллов.