ЧАСТЬ ВТОРАЯ

ХОЛОДИЛЬНИКИ И ХОЛОДИЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ

Глава XII охлаждение, замораживание и холодильное хранение пищевых продуктов

В этой главе изложены теплофизические основы процессов обработ-ки продуктов холодом и способы осуществления этих про­цессов.

§ 1. Охлаждение пищевых продуктов

Общие сведения о процессе охлаждения. Охлаждение — это процесс, при котором температура пищевого продукта понижается до температуры, близкой к криоскопической, но не становится ниже ее. Конечная температура охлажденных продуктов лежит обычно в преде-лах от 0 до 5° С. Охлажденные продукты могут сохранять первоначаль-ное качество продолжительное время без значительных изменений. Ры-бу, например, можно сохранять в охлажденном виде до 10 дней, мясо — до 20—30 дней, фрукты и яйца — несколько месяцев. Для лучшего сохранения продуктов их необходимо охлаждать возможно быстрее.

При охлаждении продуктов соблюдается закон Фурье о теплопровод-ности твердых тел (нестационарный режим). Вначале охлаж­даются по-верхностные слои, а затем постепенно слои в глубине тела. Через неко-торое время температура всех частей тела вырав­нивается и становится равной температуре внешней среды.

Скорость охлаждения тела и количество тепла, передаваемого внеш-ней среде, непостоянны по времени (рис. 144). Эти величины, пропор-циональные разности температур охлаждаемого тела в охлаждающей среды, значительны в начале процесса и постепенно приближаются к нулю в конце охлаждения.

Для охлаждения продуктов применяют различные охлаждаю­щие сре-ды в зависимости от природных свойств продуктов.

Способ охлаждения в воздухе является универсальным. Не­достаток этого способа — не очень высокая скорость процесса вследствие срав-нительно низких значений коэффициента тепло­отдачи от продукта к воздуху.

При охлаждении в воздухе теплообмен происходит путем кон­векции, лучеиспускания, а также из-за испарения влаги с поверхности продукта.

Охлаждение пищевых продуктов 233

Испарение влаги приводит к отрицательным яв­лениям — усушке и ухудшению (в определенной мере) внешнего вида продукта. С уменьшением продолжительности охлаждения потеря от усушки снижается.

Ускорить процесс охлаждения можно путем понижения тем­пературы воздуха и увеличения скорости циркуляции его в ка­мере охлажде-ния. Как показали опыты, с увеличением скорости циркуляции воздуха усушка продукта за единицу времени воз растает, но еще более значи-

тельно повышается коэффициент тепло­отдачи а и сокращается продол-жительность охлаждения.

Охлаждение в жидкой среде (холодной воде или рассоле) совершает-ся быстрее, чем в воздухе, особенно в начальной стадии процесса, ког-да интенсивно прибывает тепло из внутренних слоев к поверхности продукта. Но для многих продуктов из-за обесцве­чивания поверхности, набухания, просаливания и других процес­сов применение жидких охлаждающих сред нежелательно.

Возможно также охлаждение льдом и льдосоляной смесью.

Мясо, птицу, яйца, плоды, молочные продукты, кондитерские изде-лия обычно охлаждают в воздушной среде. В холодных жид­костях охлаждают рыбу, тушки птицы, вино в бутылках; при помощи теплооб-менников охлаждают молоко, сливки, сусло, фруктовые соки, вино и другие жидкости. В тающем льду охла­ждают рыбу, птицу, напитки в бутылках, некоторые овощи.

Охлаждение мяса. Мясо охлаждают на подвесных путях в специа-льно оборудованных приборами охлаждения камерах с ин­тенсивной циркуляцией воздуха. Расстояние между подвесными путями (моно-рельсами) 0,8—1 м, погонная нагрузка на путь 200— 280 кг/м, что соот-

ветствует загрузке площади камер в среднем 250 .

Субпродукты охлаждают в противнях и тазах, размещаемых в каме-

234 Охлаждение, замораживание и холод. хранение пищевых продуктов

рах охлаждения на подвесных или передвижных этажерках.

Во время охлаждения температура воздуха должна быть от -1 до 0° С, относительная влажность 92—95%. При этих пара­метрах и интенсив-ной циркуляции воздуха продолжительность охлаждения говядины — примерно сутки.

Охлаждение мяса считается законченным, когда в толще мышц дос-тигнута температура не выше 4° С, а на поверхности образо­валась ко-рочка подсыхания, которая защищает мясо от проник­новения микроор-ганизмов и улетучивания ароматических ве­ществ.

При работе мясокомбинатов в две смены рекомендуется иметь три или пять камер охлаждения в зависимости от того, рассчи­тана ли емкость камеры на сменную или полусменную произво­дительность убойного цеха.

Потери мяса от усушки при охлаждении составляют 1—1,5%.

Для охлаждения мяса чаще применяют сухие воздухоохлади­тели. В камерах с потолочным распределением (рис. 145) воздух после возду-хоохладителя нагнетается в канал, расположенный под потолком по всей ширине камеры. Отсюда через щели воздух выходит под напором в пространство камеры и охлаждает подве­шенные на монорельсах мяс-ные туши. Такая система обеспечивает равномерное распределение воз-духа в камере и быстрое охлажде­ние всех туш. Скорость движения воз-духа между тушами дости­гает 0,7—0,8 м/сек.

Наиболее быстро процесс охлаждения туш совершается в тон­нельных камерах, охлаждаемых сухими или мокрыми воздухо­охладителями с бесканальным распределением воздуха (рис. 146). На нагнетательных раструбах воздухоохладителей устанавливают сопла. При выходе из сопла (под напором вентилятора) воздух имеет скорость до 20 м/сек, а в глубине камеры 4—5 м/сек.

Процесс охлаждения в тоннельной камере может происходить непре-рывно. В таком случае мясо в камеру загружают по мере убоя скота и в процессе охлаждения медленно перемещают вдоль камеры. Тоннель-ные камеры можно использовать и для цикличной работы — с полной начальной загрузкой камеры без добавления мяса в процессе охлажде-ния и полной разгрузкой ее в конце процесса.

Полный расход холода на охлаждение теоретически равен произведе-нию количества охлаждаемого продукта на разность теплосодержаний его в начале и в конце процесса.

В камерах с периодической загрузкой расход холода вначале больше, чем в конце охлаждения, что связано с непрерывным уменьшением температурного перепада между поверхностью про­дукта и охлаждаю-щей средой.

Охлаждение пищевых продуктов 235

236 Охлаждение, замораживание и холод. хранение пищевых продуктов

Охлаждение птицы и яиц. Птицу чаще всего охлаждают в воздуш-ной среде. Тушки птицы, обернутые бумагой, укладывают в стандарт-ные ящики, которые в открытом виде ставят на пол камеры охлаждения в шахматном порядке с прокладкой реек между рядами.

Температура воздуха в камере должна поддерживаться на уровне от 0 до -1 0 С, влажность 85—90%, скорость движения воздуха 1-1,5 м/сек. Нагрузка в камере составляет приблизи­тельно 180—200 кг/м2.

В конце охлаждения температура тушки должна быть не выше 2-3° С. Продолжительность охлаждения в зависимости от раз­мера, упитаннос-ти, упаковки и доступа циркулирующего воздуха при указанных усло-виях 12—24 ч. Усушка при охлаждении — не более 1,2%.

Более совершенным является охлаждение птицы в камерах тоннель-ного типа при температуре воздуха до —2° С, относитель­ной влажнос-ти 85—90% и скорости циркуляции воздуха до 4—5 м/сек. Продолжительность охлаждения в этом случае состав­ляет 4—6 ч (при поштучном размещении тушек на сетчатых пол­ках этажерочных тележек).

За рубежом широко применяется охлаждение птицы погруже­нием в ледяную воду в специальных корзинах. При этом способе продолжите-льность охлаждения сокращается до 2—3 ч и исклю­чается усушка ту-шек. Грузовые операции могут быть полностью механизированы.

Яйца охлаждают главным образом в камерах заготовительных холо-дильников, в размещаемых в шахматном порядке штабелях с проклад-кой рейками между рядами. В камерах охлаждения поддерживают тем-пературу от 0 до —2° С, относительную влаж­ность 75—85%. Рекомен-дуется побудительная циркуляция воз­духа от воздухоохладителей-кон-диционеров.

Охлаждение рыбы. Быстрое охлаждение рыбного сырья сразу же после вылова имеет решающее значение для сохранения ка­чества рыб-ной продукции.

Рыбу охлаждают непосредственно на рыболовных судах или берего-вых холодильниках. Для охлаждения используют лед, холодную воду или рассол с концентрацией соли 3-4%. Охлажде­ние в воздухе не прак-тикуется вследствие высушивания поверх­ности и ухудшения товарного вида продукта.

Охлаждение рыбы путем послойного пересыпания ее дробле­ным льдом в бочках, ящиках или непосредственно в трюмах широко расп-ространено. Но этот способ весьма трудоемок (особенно при использо-вании естественного льда), неудобен в са­нитарно-гигиеническом отно-шении, а также имеет другие недо­статки.

Охлаждение пищевых продуктов 237

Для рыболовецких судов более удобным и эффективным является охлаждение рыбы в морской воде, которая, в свою оче­редь, охлаждает-ся холодильной установкой.

Морская вода не оказывает какого-либо отрицательного влия­ния на пищевые и вкусовые качества рыбы. Рыба не деформи­руется, не пов-реждается механически, что обычно имеет место при охлаждении льдом.

Морскую воду можно охладить до температуры —2° С. Более значи-тельная разность между температурами охлаждаемой рыбы и холодной воды ускоряет процесс. Высокие значения коэффи­циента теплоотдачи между поверхностью рыбы и циркулирующей жидкостью также спосо-бствуют увеличению скорости охлаж­дения.

Опыты А. П. Макошева по охлаждению сардин в разных охлаждаю-щих средах показали, что скорость охлаждения в морской воде с естес-твенной циркуляцией в 2,9 раза выше, а с принудитель­ной циркуляцией в 5 раз выше скорости охлаждения в мелко­дробленом льду.

Своевременное, быстрое и более глубокое (почти до криоскопической температуры) охлаждение рыбы-сырца резко замедляет бактериологи-ческие и ферментативные процессы в теле рыбы, позволяет значитель-но продлить сроки хранения охлажденной рыбы.

Охлаждение рыбы в холодной морской воде облегчает поддер­жание хороших санитарных условий на судах. Вместе с тем сни­жается трудо-емкость охлаждения (полностью исключаются ра­боты, связанные с заготовкой, транспортировкой, дроблением льда, и некоторые другие работы, требующие большой затраты ручного труда), повышается коэффициент использования полез­ной емкости трюмов, значительно облегчается комплексная меха­низация процесса охлаждения рыбы.

По данным многих авторов продолжительность охлаждения рыбы в холодной морской воде в зависимости от размеров рыбы и интенсивно-сти циркуляции воды колеблется в пределах от нескольких минут до 1,5 ч.

В пресной воде охлаждение протекает менее интенсивно, так как ее нельзя охладить до такой низкой температуры, как морскую воду. Температура рыбы в конце охлаждения также по­лучается более высокая, допустимые сроки хранения ее в охла­жденном виде значительно сокращаются. В пресной воде более интенсивно протекают диффузионно-осмотические процессы и связанные с этим физико-химические изменения в продукте (набуха­ние рыбы, экстракция соединений азота и др.). При использо­вании пресной воды в нее добавляют поваренную соль в коли­честве 3—4%.

238 Охлаждение, замораживание и холод. хранение пищевых продуктов

Рыбу в холодной морской воде можно охлаждать в сосудах (погруж-ным способом), в циркуляционных охладителях и способом орошения.

Охлаждение погружным способом — наиболее простой в техничес-ком отношении способ, доступный в различных условиях промысла. Рыба после вылова загружается в сосуды (цистерны, бункера, танки) с холодной морской водой и в них охлаждается. Для ускорения охлажде-ния рыбы воду перемешивают. Вода не­прерывно охлаждается в холо-дильной машине или льдосоляной смесью. В целях более глубокого охлаждения рыбы желательно, чтобы температура воды была более низкой (насколько это допу­стимо по физическим свойствам морской воды).

В циркуляционных охладителях рыба охлаждается в токе холодной морской воды. В эти аппараты непрерывно загружается рыба-сырец и отбирается охлажденный полуфабрикат. Циркуля­ционные рыбоохлади-тели удобны для охлаждения мелкой рыбы.

Охлаждение рыбы орошением холодной морской водой приме­нимо для рыбы разных размеров. Такое охлаждение можно осу­ществить в трюмах, на решетчатых настилах, а также на сетчатых транспортерах.

В каждом отдельном случае тот или иной способ охлаждения должен быть принят в зависимости от рода судна, характера про­мысла и вида сырья.

Охлаждение молока и молочных продуктов. Для охлаждения мо-лока и молочных продуктов используют различные источники холода в зависимости от местных условий.

На фермах молоко охлаждают в резервуарах и флягах, исполь­зуя лед, рассол, холодную воду.

Проектно-конструкторское бюро «Мясомолмаш» и ВНИИ мо­лочной промышленности разработали конструкцию ванны для фильтрации, охлаждения и хранения молока (рис. 147). Ванна — из нержавеющей стали, с двойными стенками, защищена с внешней стороны теплоизоля-цией из стекловаты. В межстенном про­странстве по окружности ванны вверху размещена кольцевая труба (ороситель) с отверстиями для оро-шения стенок ванны холодной водой. Под ванной в полом пространстве расположен трубчатый испаритель, соединенный с фреоновым холоди-льным агрегатом ИФ-56. Вода, уровень которой поддерживается на 15-20 мм выше верхней кромки испарителя, охлаждается до 0° С и нагне-тается насосом в трубу-ороситель. Холодильный агрегат включается в работу за 1,5 ч до начала поступления парного молока с тем, чтобы на поверхности испарителя заранее мог об­разоваться небольшой слой льда (10—15 мм), являющегося акку­мулятором холода. Молоко в ванне, перемешиваемое мешалкой, охлаждается до 4—5° С в течение 1,5—2 ч.

Охлаждение пищевых продуктов 239

После охлаждения молоко сохраняется в ванне непродолжи­тельное время, причем в случае повышения температуры работа холодильного агрегата автоматически возобновляется. Из таких охладителей молоко всех удоев можно отправлять один раз в сутки; высокое качество моло-ка при этом сохраняется.

На предприятиях молочной промышленности для охлаждения молока после пастеризации применяют оросительные и пластин­чатые охладители.

В оросительных плоских охладителях (рис. 148) молоко в верх­ней сек-ции (ее поверхность — ²/₃ от общей) охлаждается водой, а в нижней- рассолом с температурой не ниже -5°С во избе­жание подмерзания молока на трубах охладителя. Молоко ох­лаждается приблизительно до 4° С.

Производительность охладителя зависит от начальной и конеч­ной температур молока, холодной воды и рассола. Нормальная нагрузка на 1 м длины охладителя составляет около 1000 дм³/ч на 1 дм³ охлажден-ного молока расходуется 2—3 дм³ воды и 1,5— 2 дм³ рассола. Эти охладители используют также для охлаждения сливок и смесей мороженого.

В последние годы широко применяются герметические охладители пластинчатого типа, которые особенно удобны при охлажде­нии молока сразу же после пастеризации (рис. 149).

Пластинчатый охладитель представляет собой разборный теплообмен-ник, состоящий из двух секций — водяной и рассольной.

240 Охлаждение, замораживание и холод. хранение пищевых продуктов

С екции составляют из однотипных пластин или их пар, сомкну-тых между собой на резиновых прокладках при помощи винтового ме-ханизма. Пластины образуют в каждой секции две изолирован­ные сис-темы каналов для протока охлаждаемого молока и холодоносителя, т. е. воды или рассола. Напор молока создается молоч­ным насосом.

Широко применяют ох­лаждение в технологиче­ских процессах производ­ства масла, сыров, сме­таны, творога, кефира и других молочных продук­тов. Так, например, при производстве масла охлаж­дают сливки в процессе созревания их в сливкосозревательных ваннах после пастеризации; охлаждают масло при сбива-нии для получения лучшей конси­стенции и уменьшения от­хода жира в пахту, а полу-ченный продукт дополни-тельно охлаждают в холодиль-ных камерах при отрица-тельных температу­рах; при выработке сыров охлаждение на разных ста­диях производства приме­няют для создания темпе­ратурных условий, регу­лирующих жизнедеятель­ность полезной и вредной микро-флоры; при посолке сыров — для более равномерного проникновения соли в сырную массу; в процессе созревания — в целях увеличения вы-ходов и умень­шения усушки и т. д.

В холодильниках часто приходится охлаждать сметану, творог, сыр, поступающие с температурой выше 0° С. Для этого используют камеры с воздушной системой охлаждения, температуру в которых устанавли-вают на уровне от —1 до —2° С.

Охлаждение плодов и овощей. Плоды и овощи, предназначен­ные для перевозки и длительного хранения, предварительно охлаждают в холодильных камерах с интенсивной циркуляцией воздуха, в изотерми-ческих вагонах и авторефрижераторах.

Охлаждение пищевых продуктов 241

Камеры для охлаждения плодов и овощей оборудуются на заготови-тельных фруктовых холодильниках и холодильниках при предприятиях плодоовощной, консервной и винодельческой про­мышленности.

Воздухоохладители поддерживают температуру воздуха в ка­мере на уровне от 0 до - и относительную влажность 85— 95%. Ящики с продукцией укладывают в штабеля в шахматном порядке с прокладкой реек, чтобы обеспечить доступ воздуха со всех сторон. Во время охла-

Рис. 149. Схема пластинчатого аппарата для пастеризации и охлаждения молока:

1 — отсек регенерации тепла; 2 — отсек пастеризации молока;

3—отсек водяного охлаждения; 4 —отсек рассольного охлаждения

ждения в камере создается интенсив­ная циркуляция воздуха (60—120 объемов в час). Продолжитель­ность охлаждения плодов от +25 до +4° С составляет около 20 ч.

Производительность камер рассчитывают на суточное охлажде­ние 20000—100000 кг плодов (в зависимости от района распо­ложения холодильника).

В последнее время в некоторых странах (США, Болгария и другие) применяется воздушно-ледяное охлаждение. В камерах оборудуют специальные бункера, загружаемые льдом. Вентиля­торы всасывают воздух из камеры сквозь ящики штабелей, про­гоняют его через лед для охлаждения и по системе нагнетательных каналов равномерным пото-ком возвращают в холодильную ка­мору. В этом случае в камере устана-вливается более высокая влажность и охлаждение происходит быстрее благодаря направ­ленной циркуляции воздуха сквозь ящики.

Плоды и овощи в изотермических вагонах при перевозке на большие расстояния охлаждают продуванием холодного воздуха при помощи вентиляторов. Для охлаждения воздуха используют стационарные хо-

242 Охлаждение, замораживание и холод. хранение пищевых продуктов

лодильные установки, расположенные вне ва­гона, или вентиляторные агрегаты и бункера (карманы) со льдом и солью, устанавливаемые в самом вагоне.

Температура подаваемого воздуха от -1 до -2° С обеспечи­вает охлаж-дение плодов или овощей в таре до +4° С приблизи­тельно в течение 10-12 ч. Для равномерного охлаждения груза направление воздушного по-тока в вагоне периодически изменяют (через 20—30 мин).

Вакуумное охлаждение основано на частичном испарении влаги из плодов и овощей в вакууме. От плодов и овощей отни­мается скрытая теплота испарения, температура их понижается. Вакуумное охлаждение проводят в специальных металлических камерах. Вакуум образуется пароэжекторными машинами. Этот способ применяют главным обра-зом в США для охлаждения ово­щей с большой удельной поверхностью (салата, шинкованной ка­пусты, овощных смесей и др.). Количество испаряющейся влаги составляет 2—3%, т. е. столько же, сколько теря-ется ее и при других способах охлаждения, или даже несколько мень-ше. Про­цесс охлаждения под вакуумом совершается быстро, в течение 20—25 мин.

Гидроохлаждение — охлаждение при помощи ледяной воды методом погружения в нее или орошением корзин с фруктами и овощами. Такое охлаждение проводят в специальных аппаратах, оборудованных конве-йерами для перемещения корзин. Продолжи­тельность охлаждения сос-тавляет 10—30 мин.

Охлаждение снегованием применяют для сохранения в теплый пе-риод года малостойких, быстро увядающих овощей (салата, огурцов, зеленого лука, шпината и др.). Для снегования исполь­зуют специаль-ные агрегаты, разработанные Всесоюзным научно- исследовательским институтом холодильной промышленности (ВНИХИ), при помощи которых измельчают лед и пересыпают им овощи, уложенные в ящики (около 40% к массе овощей). Затем овощи направляют в торговую сеть.

Определение продолжительности охлаждения и тепловой нагруз-ки охлаждающих приборов. Продолжительность охлаждения продук-тов принимают на основании опытных данных или опреде­ляют прибли-женно, пользуясь имеющимися данными для тел пра­вильной геометри-ческой формы.

На номограммах (рис. 150) приведена зависимость изменения темпе-ратуры в твердом охлаждаемом теле (форма тела — пластина, цилиндр или шар) от времени.

На оси абсцисс нанесены значения критерия Фурье в кото-ром а — коэффициент температуропроводности продуктов

Охлаждение пищевых продуктов 243

Рис. 150-а. Номограмма для определения продолжительности охлаждения пластины.

244 Охлаждение, замораживание и холод. хранение пищевых продуктов

Охлаждение пищевых продуктов 245

248 Охлаждение, замораживание и холод, хранение пищевых продуктов

Пример 3. Определить продолжительность охлаждения молока в бидонах диаметром 25 см от начальной температуры 30° С до ко-нечной 5° С в холодной ледяной воде с естественной циркуля-цией. Для молока , коэффициент .

Принимаем коэффициент теплоотдачи при естественной конвек-ции воды = 350 .

Затем определяем