- •Глава XII охлаждение, замораживание и холодильное хранение пищевых продуктов
- •§ 1. Охлаждение пищевых продуктов
- •§ 2. Замораживание пищевых продуктов
- •1, 2, 3 И 4—тоннели; 5—вентилятор; 6—охлаждающие батареи;
- •260 Охлаждение, замораживание и холод, хранение пищевых продуктов
- •262 Охлаждение, замораживание и холод, хранение пищевых продуктов
- •264 Охлаждение, замораживание и холод, хранение пищевых продуктов
- •266 Охлаждение, замораживание и холод, хранение пищевых продуктов
- •268 Охлаждение, замораживание и холод, хранение пищевых продуктов
- •§ 3. Холодильное хранение пищевых продуктов
- •270 Охлаждение, замораживание и холод, хранение пищевых продуктов
- •Глава XIII холодильники
- •§ 1. Типы холодильников
- •§ 2. Устройство холодильников
- •§ 3. Механизация грузовых работ
- •§ 4. Расчет емкости холодильника и площадей холодильных камер
- •§ 5. Машинное отделение холодильника
- •Глава XIV изоляция холодильников
- •§ 1. Назначение изоляции
- •§ 2. Теплоизоляционные материалы
- •§ 3. Паро- и гидроизоляция
- •§ 4. Изоляционные конструкции
- •§ 5. Расчет толщины изоляционного слоя
- •Глава XV калорический расчет холодильника
- •§ 1. Расход холода для расчета оборудования холодильных камер
- •§ 2. Расход холода для расчета оборудования машинного отделения
- •Глава XVI системы машинного охлаждения
- •§ 1. Непосредственное охлаждение холодильным агентом
- •§ 2. Охлаждение с использованием промежуточного холодоносителя
- •§ 3. Выбор системы охлаждения
- •Глава XVII автоматизация холодильных установок
- •§ 1. Автоматическое регулирование холодильных установок
- •§ 2. Автоматическая защита и сигнализация
- •§ 3. Схемы автоматизации холодильных установок
- •Глава XVIII градирни
- •§ 1. Взаимодействие воздуха с охлаждаемой водой в градирне
- •§ 2. Конструкции и расчет градирен
- •Глава XIX эксплуатация холодильных установок
- •§ 1. Организация эксплуатации
- •12 Н. Д. Кочетков
- •§ 2. Неполадки и способы их устранения
- •§ 3. Обслуживание основных элементов холодильной установки
- •§ 4. Отчетность по технической эксплуатации
- •§ 5. Ремонт холодильного оборудования
- •Глава XX ледяное и льдосоляное охлаждение
- •§ 1. Заготовка и применение естественного льда
- •§ 2. Производство искусственного водного льда
- •§ 3. Сухой лед
- •Глава XXI холодильный транспорт
- •§ 1. Железнодорожный холодильный транспорт
- •§ 3. Водный холодильный транспорт
§ 2. Замораживание пищевых продуктов
Характеристика процесса. Замораживание — процесс холодильной обработки пищевых продуктов, в результате которого содержащаяся в них влага полностью или частично превращается в лед. Продукты (мя-со птицы, рыба, меланж, плоды, ягоды, овощи и некоторые молочные продукты) замораживают при подготовке их к длительному хранению при температурах —15° С и ниже.
Замороженные продукты отличаются от охлажденных более высокой стойкостью при хранении вследствие обезвоживания и воздействия более низких температур, препятствующих жизнедеятельности микро-организмов.
Основные замораживаемые продукты имеют криоскопическую тем-пературу в пределах от —0,5 до —2,5° С.
Образующиеся в начале замерзания кристаллы состоят преимущест-венно из чистой воды; вещества, растворенные в соке, остаются в жид-кой фазе. Каждому значению температуры продукта ниже начальной криоскопической точки соответствует вполне определенное количество воды, вымороженной из раствора. Полностью весь раствор в продукте замерзает только при криогидратной, или эвтектической температуре, которая, как правило, при замораживании пищевых продуктов не дос-тигается (от —55 до —65° С).
Температурные графики (рис. 151) показывают характер изменения температуры в различных слоях замораживаемого продукта. Такие графики для разных продуктов однотипны и лишь несколько видоизменяются вследствие различной интенсивности отвода тепла.
Замораживание пищевых продуктов 249
По условиям теплообмена наиболее низкая температура наблюдает-ся на поверхности продукта; по мере продвижения вглубь температура повышается. Температура верхнего слоя продукта при интенсивном отводе тепла плавно понижается (рис. 151, а). В глубине же продукта после охлаждения до криоскопической точки наблюдается замедление падения температуры, которое становится заметнее по мере приближе-ния к центральной части продукта. Это происходит вследствие выделе-
ния большого количества тепла льдообразования от еще незамерзших частей вблизи слоя, в котором измеряется температура. После вымерзания основной части воды падение температуры внутри продукта возра-стает и замедляется лишь при сближении ее с температурой внешней теплоотводящей среды.
Такая закономерность распределения температур в замораживаемом продукте еще более заметна, когда теплообмен между Продуктом и за-мораживающей средой совершается недостаточно интенсивно (рис. 151, б). В этом случае замедление понижения температуры при льдо-образовании происходит даже в слоях вблизи от поверхности продукта, а в глубине продукта температура вообще Некоторое время может оста-ваться постоянной на уровне криоскопической точки.
По мере отвода тепла граница раздела между замороженными и неза-мороженными слоями перемещается от поверхности в глубь продукта и через некоторое время достигает центральной части. Идеей температу-ра также начинает снижаться ниже криоскопической точки. При темпе-
250 Охлаждение, замораживание и холод, хранение пищевых продуктов
ратуре в центре —5° С и ниже изменение ее от центра к поверхности носит линейный характер.
Конечная температура в центре замороженного продукта может быть определена из условия
Количество вымороженной воды в продукте зависит только от темпе-ратуры, до которой был заморожен продукт, и не зависит ни от способа замораживания, ни от продолжи-тельности процесса. Графические зависимости между количеством вымороженной воды и температу-рой продукта (рис. 152) показы-вают, что более половины воды в продуктах вымерзает при температурах до —4, —5° С. При дальней-шем понижении температуры ко-личество вымораживаемой воды резко уменьшается.
Скорость замораживания проду-кта определяется скоростью прод-вижения границы раздела заморо-женного и незамороженного слоев от поверхности к центру. Макси-мальное значение скорость замо-раживания имеет в начале процес-са у поверхности продукта. По ме-ре продвижения границы раздела скорость замораживания постепенно убывает вследствие возрастания термического сопротивления увеличи-вающегося замороженного слоя, отвода тепла от еще незамерзших час-тиц продукта в этом слое и уменьшения разности температур продукта и охлаждающей среды.
Замораживание бывает медленное (скорость замораживания 0,1-1 см/ч), интенсивное (скорость 1—5 см/ч) и быстрое (скорость 5-20 см/ч).
Замораживание пищевых продуктов 251
При медленном замораживании в тканях продукта происходит пере-распределение влаги и образуются в межклеточных пространствах крупные кристаллы льда, повреждающие ткани. В процессе разморажи-вания влага не впитывается полностью тканью, ее первоначальное рас-пределение не восстанавливается. При быстром замораживании в усло-виях интенсивного отвода тепла кристаллообразование происходит в местах естественного распределения влаги. В результате получается структура с большим числом мелких кристаллов льда, распределенных равномерно в тканях продукта. При размораживании такого продукта хорошо восстанавливаются его первоначальные свойства.
Продолжительность замораживания. Для расчета морозильных установок необходимо знать продолжительность процесса заморажива-ния при заданных начальной и конечной температурах продукта.
Теоретическое определение продолжительности замораживания с учетом всех переменных факторов затруднено. При решении этой зада-чи Р. П. Планк допускает ряд упрощающих условий: продукт во всем объеме до начала замораживания охлажден до криоскопической темпе-ратуры; коэффициент теплоотдачи на поверхности продукта и темпера-тура внешней теплоотводящей среды — постоянные; теплоемкость за-мороженной части продукта в сравнении с теплотой льдообразования очень мала; вода из продукта вымерзает при одной определенной тем-пературе (средней в процессе замораживания); коэффициент теплопро-водности замерзшего слоя в течение всего процесса не меняется; замо-раживание считается законченным при сближении границ раздела в центральной части тела, причем температура в ней равна криоскопи-ческой. С учетом указанных допущений им получены следующие формулы для определения продолжительности замораживания:
для продуктов формы пластины при двустороннем замораживании (например, блоков мяса, полутуш, блоков рыбного филе, рыб небольшой толщины)
Приведенные формулы не отличаются точностью, и результаты рас-четов могут существенно отклоняться от опытных данных. Но эти фор-мулы показывают, как влияют отдельные факторы; на продолжитель-ность процесса замораживания и на какие из них следует обратить осо-бое внимание при разработке конструкций новых морозильных устройств.
На ускорение процесса замораживания оказывают решающее влия-ние понижение температуры охлаждающей среды tc, уменьшение тол-щины замораживаемого продукта и увеличение коэффициента тепло-отдачи от поверхности продукта к среде .
Понижение температуры охлаждающей среды сокращает продолжи-тельность замораживания примерно в пропорциональной зависимости. Но одновременно увеличиваются энергетические и капитальные затра-ты, связанные с производством холода. В практике для замораживания продуктов применяют температуры от —20° до —40° С.
Уменьшение толщины замораживаемого слоя еще более заметно сок-ращает продолжительность (приближенно в квадратичнопропорциона-льной зависимости). Интенсификация процессов за счет уменьшения толщины возможна только при замораживании (блочно-фасованных продуктов. Толщина замораживаемого слоя редко бывает менее 4-5 см.
Положительное влияние увеличения коэффициента теплоотдачи а особенно заметно при невысоких абсолютных значениях его и неболь-ших толщинах замораживаемого слоя.
Расчет холода на замораживание. Расчет холода на замораживание продукта с учетом предварительного охлаждения его от начальной тем-пературы до криоскопической, отнятия тепла фазового превращения воды и понижения температуры продукта до средней конечной процес-са замораживания можно определить по формуле
254 Охлаждение, замораживание и холод, хранение пищевых продуктов
- теплоемкость замороженного продукта при средней температуре процесса замораживания в кдж/(кг-град).
Расход холода можно выразить также произведением количества замораживаемого продукта на разность энтальпий в начале и конце замораживания.
Средняя тепловая нагрузка на охлаждающие приборы морозильной установки определится как отношение полного расхода холода за время замораживания к продолжительности процесса.
Наибольшее распространение в практике получили замораживание в камерных и тоннельных морозилках с использованием воздушной охлаждающей среды; замораживание в скороморозильных аппаратах в потоке холодного воздуха и замораживание в скороморозильных аппа-ратах при контакте продукта с металлическими плитами, с примене-нием в качестве охлаждающей среды рассола или кипящего холодиль-ного агента.
Замораживание в камерных и тоннельных морозилках. Мясо большей частью замораживают в тушах, полутушах и четвертинах. В таком виде мясо, как и разных пород крупную рыбу, удобнее заморажи-вать в подвешенном состоянии в камерных и тоннельных морозилках.
Камерные и тоннельные морозилки оборудуют охлаждающими приборами для создания низких температур и подвесными путями для подвешивания замораживаемых грузов.
На действующих холодильниках нередко встречаются камерные морозилки с естественной циркуляцией воздуха, с пристенными и пото-лочными батареями непосредственного испарения из гладких труб.
Морозилки с естественной циркуляцией воздуха, несмотря на низ-кую температуру, которая в них достигается (в конце замораживания до —25° С), обладают существенными недостатками: внутри камеры не-равномерная температура; продукт замораживается медленно (нап-ример, для замораживания туш при температуре воздуха —23°С требуется не менее двух суток).
Для сокращения продолжительности замораживания были применены камерные морозилки с побудительной циркуляцией воздуха (например, эжекторная система охлаждения).
При эжекторной системе в морозилках, кроме охлаждающих батарей (рис. 153), устанавливают воздухоохладители (из оребренных труб) с распределением циркулирующего воздуха в камере эжекторами (системы А. П. Шеффера).
В такой морозилке продолжительность замораживания по сравнению с морозилками с естественной циркуляцией сокращается на 20—25%. Недостатком эжекторной системы охлаждения является неравномерное
Замораживание пищевых продуктов 255
распределение циркулирующего воздуха и соответственно различная скорость замораживания мясных туш в разных местах камеры.
Интенсивность работы камерной морозилки в большой мере зависит от конструкции и размещения охлаждающих батарей в помещении. На Ленинградском мясокомбинате взамен двухрядных пристенных и четы-
Рис.
153. Камерная морозилка с побудительной
циркуляцией воздуха:
1
— камера; .2— подвесные пути; 3
—
ребристые охлаждаю-
щие
батареи; 4
— воздухоохладители
рехрядных потолочных батарей в морозилке были установлены более эффективные однорядные батареи. Последние размещались не только под потолком и по стенам, но н по высоте камеры между нитками подвесных путей (рис. 154).
При таком расположении охлаждающих батарей замораживаемые туши оказались в зоне усиленной циркуляции воздуха в непосредствен-ной близости от батарей. Значительно улучшился конвективный и осо-бенно лучистый теплообмен. Выравнился температурный режим в камере.
256 Охлаждение, замораживание и холод, хранение пищевых продуктов
Применение воздухоохладителей вдоль камеры между колоннами позволило интенсифицировать работу охлаждающих батарей и уменьшить их поверхность. Продолжительность замораживания при температуре кипения аммиака —40° С и циркуляции воздуха в верхней
Рис.
154. Камерная морозилка системы Н. А.
Герасимова с однорядными батареями из
горизонтальных оребренных труб и
воздухоохладителем
зоне со скоростью около 2 м/сек составила 20—25 ч.
В камерной низкотемпературной морозилке Государственного инсти-тута по проектированию предприятий мясной промышленности («Гип-ромясо») воздух охлаждается воздухоохладителем непосредственного испарения и пристенными батареями. Циркуляция воздуха осуществле-на, как и в камере для охлаждения мяса (см. рис. 145).
Кратность циркуляции воздуха в морозилке достигает 100 объемов в час. Скорость воздуха около бедренной части полутуши 1 м/сек. При средней температуре воздуха —35° С продолжительность заморажива-ния составляет 18—20 ч. Наличие пристенных оребренных батарей в камере позволяет использовать камеру для хранения мороженого мяса, когда не требуется замораживание. Воздухоохладители в таких случаях выключают.
Государственным институтом по проектированию холодильной про-мышленности (Гипрохолод) разработаны камерные морозилки разной производительности (10—30 Мг в сутки) для типовых распределитель-ных холодильников. Запроектировано воздушное охлаждение с интен-
Замораживание пищевых продуктов 257
сивной побудительной циркуляцией воздуха с помощью осевых вентиляторов и щелевых сопел, расположенных в ложном потолке.
Некоторые холодильники для замораживания мясных полутуш и четвертин оборудованы тоннельными морозилками системы ВНИХИ с