Глава 4. Определение холодопроизводительности судовой холодильной установки

4.1. Хранение скоропортящихся продуктов на судах.

На хранение продукты на судно поступают в охлажденном или замороженном виде при средней температуре их хранения.

Основная задача хранения пищевых продуктов заключается в сохранении их качества и первоначальных свойств при самых незначительных потерях в весе от усушки, без заметного ухудшения вкуса и внеш­него вида.

Причина порчи продуктов — жизнедеятельность микроорга­низмов — бактерий и плесеней и воздействие тканевых ферментов, протекающие наиболее сильно при температурах от + 25° до + 35°C. Существует несколько способов хранения продуктов, однако, только низкие температуры способствуют сохранению качества пищевых продуктов, вкуса и питательности, их естествен­ного внешнего вида. При низких температурах (ниже + 10⁰C ) развитие микроорга­низмов замедляется и почти прекращается. Чем ниже температура, тем дольше можно обеспечить сохранность продукта. Холод способствует также сохранению витаминов в плодах и ово­щах и замедляет процессы окисления жиров. Полностью исключить развитие микроорганизмов невозможно ввиду возникновения популяций, устойчивых к низким температурам.

Скоропортящиеся грузы разделяются на продукты животного происхождения — мясо различных живот­ных, яйца и молоко, и растительного происхождения — плоды, некоторые овощи. При переработке указанных продуктов полу­чаются колбасные изделия, яичный меланж, масло, фруктовые соки и другие продукты, также требующие низкой температуры при хранении. Каждый продукт хранится при условиях, приведенных в табл. 4.1.

Таблица 4.1. Условия хранения скоропортящихся продуктов.

Продукты	Температура, ⁰C ⁰C	Относительн­ая влажность воздуха, %	Необходимость подачи свежего воздуха	Кратность циркуляции п, обмен/ч
Овощи	0...+6	70.. .90	необходима	2. ..4
Яблоки, груши	-1...+4	70.. .85	необходима	2. ..6
Апельсины	+2.. .+7	85.. .90	необходима	4.. .6
Грейпфруты	+10. ..+15,6	85.. .90	необходима	4. ..6
Лимоны	+10. ..+12, 8	85.. .90	необходима	4.. .6
Бананы	+12. ..+ 13	85.. .90	необходима	4.. .6
Яйцо	-1...+1	70. ..80	желательна	0,04. ..0,08
масло	-18	85…90	желательна	0,04…0,08
Мясо морож. омороженое	-24. ..-18	70.. .95	не требуется	0...0.05
Рыба морож. ороженая	-25.. .-18	70. ..100	не требуется	0.-..0.05
Бекон	-3...+3	70. ..95	не требуется	0...0.05
Мясо охл.	-3…+1	70…90	не требуется	0…0,05
Икра рыбная	-6. ..-4	70. ..100	не требуется	0...0.05
Консервы разные ные	+1...+5	70. ..95	не требуется	0...0.05

На качество и условия хранения пищевых продуктов влияет их химиче­ский состав, а также содержание воды, минеральных веществ, жиров, белков и углеводов.

Вода содержится в значительном количестве во всех продук­тах в свободном и связанном виде (до 85 – 90%) и является благоприятной средой для обитания гнилостных микроорганизмов. Соки пищевых продуктов пред­ставляют собой водные растворы некоторых минеральных солей. Они содержат также сахар и белковые вещества.

Минеральные вещества содержатся в костях и в виде растворимых солей натрия, кальция, калия и др. Эти соли понижают температуру замерзания сока продуктов ниже 0°.

Жиры по разному ведут себя при хранении. Под действием кислорода они окисляются — осаливаются и прогоркают. На этой стадии распада жиров появляются посторонние вкус и запах.

Белки, или азотистые вещества, являются основной частью мышц животных и растительных клеток и имеют весьма сложное строение. Существующие в природе белки отличаются друг от друга химическими и физическими свойствами вследствие содержа­ния аминокислот в различном количественном и качественном соче­тании. В процессе распада белковых веществ создается питательная среда для микроорганизмов, которые ускоряют распад белка. В результате дальнейшего разложения аминокислот накапливается аммиак с выделением углекислоты. Последней стадией разложения является образование сернистых соединений, характеризующих гниение. Интенсивность деятельности микроорганизмов при понижении температуры резко уменьшается, а при температуре ниже -12⁰C полностью прекращается. Однако, менее активная деятельность ферментов еще продолжается, поэтому даже при температуре -18⁰C срок хранения мороженого мяса или рыбы составляет не более 5 – 6 месяцев.

Углеводы составляют значительную часть продуктов расти­тельного происхождения и состоят главным образом из клетчатки и сахаров. К углеводам относятся все простые сахара (глюкоза, фруктоза, лактоза и др.), а также вещества, которые могут быть превращены в них гидролизом. В процессе перевозки незрелых плодов происходит их созревание, сопровождающееся ростом дыхания и увеличением содержания этилена, приводящему к ускорению созревания, а также этилового спирта и ацетальдегида. Перезревание растительных продуктов приводит к разрушению витаминов и порче продуктов. Чтобы сохранить питательные и вкусовые качества плодов и овощей, необходимо изменить температурный режим их хранения и, возможно, режим вентиляции. Так, время хранения яблок при температуре + 12⁰C составляет 12 суток, а при температуре + 1⁰C – около 6 месяцев. Режим вентиляции оказывает существенное влияние на концентрацию кислорода и углекислого газа в атмосфере помещения (трюма, камеры). Постепенное повышение углекислоты в атмосфере тормозит процессы созревания, а резкое его повышение вызывает обратный эффект – ускорение созревания и перезревания.

Важное значение для питания и здоровья человека имеют витамины (А, В], В₂, С, D, Р—Р и др.), содержащиеся в неко­торых продуктах растительного и животного происхождения, напри­мер витамин А — в зеленых частях растений, в овощах, а также в рыбьем жире и молоке; витамин С (аскорбиновая кислота) — преимущественно в плодах и овощах.

На процесс охлаждения продукта влияют:

1. Физические свойства: теплоемкость, теплопроводность и температуропроводность.

2. Геометрическая форма (пластина, цилиндр, шар и т. д.) и его толщина.

3. Величина и состояние поверхности, а также интенсивность теплоотдачи от поверхности продукта к охлаждающей среде.

4. Начальная температура и заданная конечная температура продукта.

5. Род охлаждающей среды, температура, влажность и ско­рость ее движения.

Кроме того, имеют значение биохимические процессы, напри­мер дыхание плодов и выделяемая ими теплота.

При охлаждении тела, имеющего влажную поверхность, часть теплоты отводится от него за счет испарения влаги с поверхности. Поскольку скорость движения влаги из внутренних слоев продукта меньше скорости ее испарения, верхний слой с течением времени обезвоживается и пищевая ценность и качество продукта снижается. Таким образом, охлаждение влажного тела сопровождается некото­рой усушкой и потерей веса груза. В больших объемах груза абсолютная величина потерь может достигать значительной величины. При пониженной относительной влажности воздуха охлаждение протекает быстрее в результате усиленного испарения влаги. Также усушка увеличивается при повышении температуры, скорости потока воздуха. Холодный воздух, проходя у поверхности продукта, отнимает у него теплоту и некоторое количество влаги. В результате этого поверхностный слой подсыхает и на мясе образуется так называемая корочка подсыхания, препят­ствующая развитию микроорганизмов. Однако для других продуктов такая усушка при охлаждении только вредна. Поэтому при охлаждении влажность воздуха должна быть такой, при которой не происходило бы силь­ной усушки и в то же время не создавались бы благоприятные усло­вия для развития микроорганизмов. Это достигается соответствую­щим сочетанием влажности воздуха и температуры. Чем ниже температура охлаждения, тем выше может быть влажность воз­духа и тем меньше будет усушка продукта.

Вследствие относительно малой теплопроводности пищевых продуктов охлаждение их требует значительного срока. В особен­ности медленно охлаждаются продукты с большим содержанием жира, теплопроводность которого в три раза меньше, чем теплопро­водность мышечной ткани мяса или рыбы.

Скорость охлаждения продуктов зависит от его толщины. Если уменьшить вдвое толщину продукта, то продолжительность охла­ждения сократится приблизительно в четыре раза.

Существенное значение для ускорения охлаждения имеет род охлаждающей среды и ее физические свойства: теплоемкость, тепло­проводность и коэффициент теплоотдачи от поверхности продукта к среде — газообразной (воздух) или жидкой (рассол, вода).

Для охлаждения мяса, птицы, яиц и плодоовощей применяют обычно воздух, а для охлаждения рыбы употребляют дробленый лед.

Несмотря на малую теплоемкость воздуха, обусловливающую малое количество воспринимаемой теплоты, теплоотдачу с поверхности продукта можно усилить, повысив скорость движения воздуха. Однако увеличение скорости воздуха свыше 2 м/сек не вызывает дальнейшего значительного сокращения продолжительности охлаждения, увеличивая одновре­менно усушку продуктов и дополнительный расход энергии для работы вентиляторов.

Хранение скоропортящихся продуктов может протекать в двух режимах – для охлажденных и замороженных продуктов.

Охлажденные продукты хранят при температуре от +3 до -2⁰C, на 0,5 - 3⁰C выше их криогидратной точки, либо некоторые продукты в переохлажденном состоянии (1 – 1,5⁰C ниже температуры их замерзания). Во избежание развития плесени относительную влажность воздуха поддерживают в пределах 80 - 90%, организуют циркуляцию воздуха, применяют ультрафиолетовую обработку подаваемого воздуха.

По сравнению с охлажденными, замороженные продукты отли­чаются более высокой стойкостью при хранении вследствие обез­воживания их (превращение воды в лед) и воздействия более низ­ких температур, препятствующих жизнедеятельности микроорганиз­мов, однако они теряют ряд своих вкусовых качеств по сравнению со свежими либо охлажденными. Температура хранения в этом режиме от - 12⁰C до - 24⁰C и ниже в зависимости от сроков хранения продукта.

Рис. 4.1. Распределение кристаллов льда в тканях продукта:

I—- медленное замораживание; II— быстрое замораживание; а — кристаллы льда

В тканях продукта содержатся водные растворы различных солей. По мере замораживания из растворов выделяется чистый водный лед, а в остающейся жидкости увеличивается содержа­ние солей и поэтому понижается температура замерзания раствора. Полностью весь раствор в продуктах вымерзает только при темпе­ратуре около —60°C, и в практических условиях замороженные про­дукты, даже с температурой —20°C, содержат около 10% незаморо­женного раствора.

Замороженные продукты после оттаивания должны по своему качеству возможно меньше отличаться от свежих. Сохранение структуры продуктов в процессах замораживания и оттаивания зависит от величины ледяных кристаллов, выделяющихся при за­мерзании растворов. Величина кристаллов зависит главным образом от скорости кристаллообразования, т. е. от той скорости, с которой теплота отводится от затвердевающего раствора. При медленном замерзании в тканях образуется небольшое число крупных кристал­лов льда. При быстром замерзании, которое возможно при действии низких значений температуры, получается мелкокристалличе­ская структура с большим числом очень мелких ледяных кристал­лов, распределенных в тканях продукта достаточно равномерно (рис. 4.1).

Состав раствора в тканях продукта содержит не только водные растворы солей, но и растворы сложных белковых веществ, находящихся в дисперсном состоянии. При размораживании этих коллоидных растворов содержание со­лей в них уве­личивается и в этой связи изменяется структура размороженного продукта. При быстрой заморозке изменения в структуре размороженного продукта проявляются не так сильно.

Замораживание продукта сопровождается охлаждением его по толщине. Тепло отдается замороженным слоям через поверхность раздела с температурой замерзания приблизительно —1°C. При медленном замораживании в воздухе долгое время в толщине продукта неза­мороженный слой остается почти при начальной температуре замер­зания, причем постепенно толщина этого слоя становится все меньше.

Независимо от способа при замораживании необходимо сохранить качество про­дукта с наименьшими усушкой и изменением структуры при наи­большей обратимости процесса после оттаивания. С этой целью желательно быстрое замораживание, так как при мелких кри­сталлах льда, равномерно распределенных в тканях, увеличивается обратимость процесса при оттаивании: ткани полнее впитывают выделенный раствор и меньше разрушается структура продукта.

Продолжительность замораживания продукта зависит от тех же многочисленных факторов, что и процесс охлаждения, и в особен­ности от рода охлаждающей среды и ее температуры.

Затрата энергии на замораживание зависит, в основном, от коли­чества вымораживаемой воды и конечной температуры, но они всегда значительно выше, чем при охлаждении продукта.