Лекция 1. Введение. Типы холодильников и их особенности.

Холодильник — это промышленное предприятие (или его цех), в помещениях которого с помощью холодильной установки поддерживают определенные режимы, необходимые для обработки и хранения скоропортящихся продуктов. Холодильник состоит из технологического здания и компрессорного цеха с пристроенным к нему аппаратным отделением.

Холодильная обработка пищевых продуктов преследует одну общую цель — понижение их температуры до заданной конечной, вследствие чего замедляются биохимические процессы и развитие микроорганизмов. Конечная температура и скорость охлаждения играют немаловажную роль в успешном достижении указанной цели.

Виды холодильной обработки пищевых продуктов

Охлаждение

Охлаждением называют процесс понижения температуры продукта не ниже криоскопической. Криоскопической температурой принято считать температуру начала выпадения твердой фазы (кристаллов) из тканевой жидкости продукта.

Охлаждение начинается при температуре продукта перед помещением его в камеру и продолжается вплоть до достижения продуктом криоскопической температуры. Процесс охлаждения продукта сопровождается метаболическими процессами - изменения клеток и образование новых веществ, сопровождающие выделением теплоты. Дополнительно, одновременно с охлаждением продуктов, происходит испарение влаги через поверхность продукта - процесс усушки. Продукты подвергают охлаждению для увеличения сроков хранения и как подготовительную операцию для замораживания продуктов.

Замораживание

Замораживанием называют процесс частичного или полного превращения тканевой жидкости продукта в лед. Наличие фазового перехода - отличительная особенность процесса замораживания. Жидкость, которая во время замораживания обратилась в лед, называют вымороженной. Обычно, при замораживании, только часть жидкости продукта превращается в вымороженную. Продукты подвергают замораживанию для увеличения сроков хранения или получения продуктов с новыми вкусовыми качествами. Замораживание используют и как составной элемент некоторых технологических процессов. Наибольшее распространение замораживание получило как подготовительный процесс для длительного хранения продуктов. При любом способе замораживания пищевых продуктов теплота отводится с поверхности продукта, а глубинные слои имеют более высокую температуру. Эта разность температур будет иметь место и к моменту окончания процесса замораживания. Если после завершения процесса замораживания продукт поместить в холодильную камеру хранения, то по истечении длительного времени температура продукта станет одинаковой, произойдет выравнивание температуры за счет внутреннего теплообмена. Эта температура получила название конечной температурой замораживания.

В зависимости от вида замораживающей среды способы замораживания могут быть разделены на замораживание в воздушной среде, жидких теплоносителях и криогенных жидкостях.

Замораживание в воздушной среде получило наибольшее распространение вследствие простоты и доступности теплоносителя (воздуха). Замораживание осуществляется в морозильных камерах или туннелях. Воздух охлаждается до температуры -30 … -40 ⁰С и со скоростью 1 - 2 м/с подается на обдув замораживаемых продуктов. Продукты, которым желательно придать определенную форму (например, рыбное филе) замораживаются в специальных лотках.В качестве жидких теплоносителей используют охлажденные водные растворы пропиленгликоля, водный раствор хлористого кальция или хлористого натрия.

Замораживание требует более сложного и более производительного холодильного оборудования, чем охлаждение.Процесс замораживания более длительный и более энергоемкий. Все это приводит к тому, что стоимость замороженныхпродуктов больше стоимости охлажденных.

Хранение

Охлаждение и замораживание пищевых продуктов - подготовительные процессы холодильной технологии перед холодильным хранением. При холодильном хранении основной задачей является максимальное снижение скорости нежелательных биологических и химических процессов в продукте. Так же, в задачу холодильного хранения входит обеспечение сохранности питательных свойств продукта и товарного качества.

Для качественного холодильного хранения необходимо соблюдать ряд требований:

• подвергать хранению только доброкачественные продукты;

• соблюдать необходимый температурный режим хранения;

• поддерживать требуемую влажность при хранении;

• выполнять санитарно-гигиенические требования.

Охлажденные скоропортящиеся продукты хранят в холодильных камерах при температурах, близких к криоскопическим (или чуть выше), а относительную влажность воздуха поддерживают в пределах 80 … 85%.

Температурный режим камер для хранения замороженных продуктов выбирают из планируемого срока хранения. При непродолжительном сроке хранения допускается поддерживать температуру в камерах на уровне -8 … -12 ⁰С. А замороженные продукты, предназначенные для более длительного хранения, хранят при температурах не выше -18⁰С. Более низкие температуры хранения применяют с целью обеспечения сохранность некоторых видов продуктов, например тунца. Продукты, помещенные в холодильные камеры хранения без герметичной упаковки, с течением времени теряют массу. Происходит это вследствие испарения влаги с поверхности продуктов. При этом ухудшается их качество. Высохший поверхностный слой продуктов становится пористым, впитывает посторонние запахи и приобретает лежалый специфический привкус. Кроме того, испаряющаяся с поверхности продуктов влага постоянно оседает на воздухоохладителях в виде снега, что снижает эффективность холодильной системы.Для снижения эффекта усушки необходимо применять герметичные (где это возможно) упаковочные материалы, использовать пищевые обмазки для продуктов (глазурирование рыбы, желатиновые обмазки для мороженного мяса ипр.) обертывать продукты тканью, искусственно повышать влажность в камерах хранения растительногопроисхождения.

Хранение пищевых продуктов должно осуществляться в соответствии с действующей нормативной и технической документацией при соответствующих параметрах температуры, влажности и светового режима для каждого вида продукции. При хранении пищевых продуктов должны соблюдаться правила товарного соседства, нормы складирования. Продукты, имеющие специфический запах (сельди, специи и т. п.), должны храниться отдельно от продуктов, воспринимающих запахи. Не допускается совместное хранение сырых продуктов и полуфабрикатов вместе с готовыми пищевыми продуктами, хранение испорченных или подозрительных по качеству пищевых продуктов вместе с доброкачественными, а также хранение в складских помещениях для пищевых продуктов тары, тележек, хозяйственных материалов и непищевых товаров.

Холодильники классифицируют в зависимости от назначения, вида хранимых продуктов, вместимости и этажности.

Холодильники имеют характерные особенности.

1. В них обрабатываются и хранятся ценные и довольно быстро портящиеся продукты, требующие для своего сохранения поддержания температур ниже температуры наружной окружающей среды и определенной относительной влажности, а в некоторых случаях —циркуляции воздуха и определенного воздухообмена или даже определенного состава газовой среды (например, при хранении фруктов в среде с повышенным содержанием двуокиси углеродаили другого газа).

2. Теплота и влага наружного воздуха стремятся проникнуть в холодильник, что требует создания специальных конструкций ограждений для уменьшения проникновения теплоты и влагивнутрь помещений.

3. Большой объем перемещаемых грузов, и необходимость быстрой их разгрузки требуют широкого применения транспортных устройств.

4. К ним предъявляются высокие санитарные требования.

Холодильники можно классифицировать по различным признакам. Каждый тип холодильника имеет свои особенности, которые приходится учитывать при проектировании и эксплуатации. Прежде всего, холодильники различаются по целевому назначению. Эта классификация наиболее полно отражает особенности работы холодильников и их оборудования. Наличие разнообразных холодильных предприятий отвечает задачам осуществления непрерывной холодильной цепи, подкоторой понимают совокупность холодильников различных типов и организацию взаимной связи между ними, благодаря которой пищевые продукты, начиная с момента производства и кончая потреблением, находятся под постоянным воздействием низких температур, что обеспечивает высокое качество продуктов даже при длительном их хранении. Отдельные типы холодильников являются, таким образом, звеньями непрерывной холодильной цепи. В соответствии с этим различают следующие типы холодильников.

1. Производственные холодильники, которые предназначены для первичной термической обработки (охлаждения и замораживания) пищевых продуктов и находятся в районах производства или заготовки продуктов. Они могут быть цехом какого-либо пищевого предприятия (мясокомбината, молочного комбината и т. п.) или самостоятельным предприятием в месте заготовки, например, рыбы (рыбные заготовительные) или птицы, яиц (птично-яичные) и другой продукции сельского хозяйства. Холодильники этого типа характеризуются большой производительностью устройств для охлаждения и замораживания при относительно небольшом объеме помещений для хранения продуктов. В связи со значительной производительностью замораживающих устройств производственные холодильники имеют холодильное оборудование большой мощности для низких температур кипения. Работа холодильников этого типа характеризуется большей частью резкой неравномерностью, объясняющейся сезонностью заготовок пищевых продуктов.

2. Базисные холодильники предназначены для долгосрочного хранения продуктов, поступающих из производственных холодильников, с целью создания резервов. Эти холодильники обычно имеют большую емкость помещений для хранения продуктов и малую производительность устройств для охлаждения и замораживания. На таких холодильниках предъявляются повышенные требования к поддержанию постоянства температурного и влажностного режимов в охлаждаемых помещениях.

3. Портовые холодильники служат для краткосрочного хранения грузов при их перегрузке с одного вида транспорта на другой, например с водного на железнодорожный транспорт и т.п. Строятся такие холодильники в речных или морских портах. Для них характерны большие объемы грузовых операций, операций по осмотру и сортировке продуктов, для чего предусматриваютсяспециальные помещения. Особенно высока, должна быть степень механизирования грузовых работ, в частности для погрузки и разгрузки судов.

4. Распределительные холодильники предназначены для равномерного обеспечения городов и промышленных центров сезонными продуктами питания в течение всего года. Так же, как и базисные холодильники, характеризуются относительно большой вместимостью помещений дляхранения продуктов. Выпуск грузов осуществляется сравнительно равномерно, холодильники часто имеют производственные цехи: производства мороженого, водного льда, твердой двуокисиуглерода (сухого льда), фасовки мяса, масла и др.

5. Торговые холодильники служат для кратковременного хранения продуктов на торговых базах, в магазинах, столовых, ресторанах и т.п. Характерными для этого типа холодильников являются повышенные температуры хранения и менее строгие требования в отношении поддержания постоянных условий хранения. К этой же группе холодильных установок относятся такжеустройства для текущего хранения продуктов в торговой сети.

6. Транспортные холодильники предназначены для создания необходимых низкотемпературных условий перевозки продуктов на разнообразных средствах транспорта. Различают железнодорожный, водный, автомобильный и авиационный холодильный транспорт, а также холодильные контейнеры. Все эти виды холодильных устройств являются связующими элементами между отдельными звеньями непрерывной холодильной цепи. Транспортные холодильники могут предназначаться и для производственных или заготовительных целей. Так, например, имеются промысловые суда, на которых производится замораживание рыбы, передвижные устройства на автомобилях для замораживания ягод и т. п.

7. Домашние (бытовые) холодильники служат для кратковременного хранения продуктов вдомашних условиях и для производства небольшого количества льда. Они являются последним звеном непрерывной холодильной цепи.

Приведенная, классификация холодильников в степени условна, так как иногда функции холодильников могут меняться или сочетаться. Так, портовый холодильник может выполнять функции и распределительного холодильника, обеспечивая текущее потребление района, в котором он расположен. Эти же функции может выполнять производственный холодильник.

Однако каждому предприятию свойственна основная функция, которая позволяет отнести его к определенному типу. Различные холодильники могут сравниваться друг с другом по объему или емкости камер хранения, а также по производительности помещений или устройств для термической обработки (охлаждения или замораживания). В зарубежной практике размер холодильников обычно характеризуют объемом камер хранения в кубических метрах.

В зависимости от ассортимента хранимых грузов различают универсальные и специализированные холодильники.

В универсальных холодильниках хранят смешанные грузы (мясо, рыба, фрукты, консервы и др.), в специализированных —однотипные. По емкости камер холодильники подразделяются на мелкие — до 100 т, малые — до 500, средние — до 3000, крупные — до 10000 и сверхкрупные — свыше 10 000 т. В зависимости от этажности различают одноэтажные и многоэтажные холодильники.

Преимущества многоэтажных холодильников:

-сокращение площади застройки;

- уменьшение наружной поверхности здания, что способствует снижению внешних теплопритоков;

- возможность размещения на 1-ом этаже или в подвальных помещениях камер с нулевыми и положительными температурами, что предотвращает промерзание и вспучивание грунта.

Достоинства одноэтажных холодильников:

- широкая возможность комплексной механизации грузовых операций;

- строительство одноэтажного холодильника ведётся в 2-3 раза быстрее;

- нагрузка на пол холодильников, располагаемых непосредственно на грунте может достигать 4 т/м², пролёты между колоннами могут быть до 30 м. Это позволяет строить холодильники высотой 10-12 и более метров и использовать большегрузные штабелеукладчики, электропогрузчики, что снижает стоимость грузовых работ на 30-40%.

Интересен опыт работы подземных холодильников, для которых используются естественные пещеры, горные выработки, бывшие каменоломни. Строительство подземных холодильников обходится на 30-40% дешевле, чем строительство наземных. Расход холода для покрытия внешних теплопритоков в таких холодильниках меньше. Кроме того, при остановке ХМ и повышении температуры наружного воздуха температура в камерах длительное время остается достаточно низкой из-за большой аккумулирующей способности естественных ограждений. Их недостатки – малый фронт погрузочных работ, длительное первоначальное охлаждение грузовых помещений, значительная протяженность коридоров и коммуникаций.

Холодильники продовольственных магазинов и предприятий общественного питания относятся к группе мелких. Площадь и количество холодильных камер зависят от того, какие группы товаров и в каком количестве будут в них храниться. Срок хранения большинства скоропортящихся товаров в предприятиях торговли и общественного питания 2—3 суток, в связи с чем емкость холодильных камер должна обеспечить сохранение продуктов в количестве равном 2- и 3-дневной реализации.

При проектировании холодильников учитывают емкость камер для охлаждения, замораживания и хранения продуктов; виды продуктов и характер загрузки по месяцам года; нормы загрузки (в кг на 1 м² площади); возможности использования автомобильного и железнодорожного транспорта для доставки и отправки грузов; возможности использования внутрицехового транспорта и подъемных механизмов для механизации погрузочно-разгрузочных работ; схему водоснабжения и канализации; основное и резервное электропитание; глубину промерзания грунта, и допустимые нагрузки на грунт и перекрытия; санитарные и противопожарные нормы, правила техники безопасности на фреоновых и аммиачных холодильных установках; технико-экономические показатели применения новых изоляционных материалов, планировки различных помещений и т. д.

По конструкции холодильники относят к промышленным зданиям. Характерной особенностью их является то, что в камерах поддерживаются низкие температуры при высокой относительной влажности воздуха. Изменение температуры и относительной влажности воздуха вызывает постепенное ослабление структуры строительных и изоляционных материалов. Материалы для конструкций холодильников выбирают с учетом капитальности здания. Капитальность здания холодильников разделяют на четыре класса: к I классу относят здания со сроком службы свыше 100 лет, ко II классу — от 50 до 100 лет, к III классу — от 25 до 50 лет, к IV классу — от 5 до 25 лет.

Класс капитальности принимают в зависимости от вместимости холодильника. Холодильники вместимостью от 701 т и более относятся ко II классу, от 250 до 700 т — к III классу, до 250 т — к IV классу.

По материалам несущих и ограждающих конструкций здания холодильников подразделяются на:

-холодильники из железобетонных и каменных конструкций с теплоизоляцией из плитных материалов;

-холодильники из легких металлических и стальных конструкций с применением теплоизоляционных панелей типа "сэндвич";

-холодильники с каркасом из железобетонных конструкций с ограждением панелей типа "сэндвич".